Fotovoltaik güneş pilleri, güneş ışığını elektriğe dönüştürmek için tasarlanmış yarı iletken malzemelerdir. Bir yarı iletkeni, zıplayan toplarla dolu bir kutunun üzerindeki boş bir raf olarak düşünebilirsiniz - burada toplar bir yarı iletkendeki elektronlar gibidir. Aşağıdaki kutudaki toplar çok uzağa gidemez, bu nedenle malzeme zayıf bir şekilde iletilir. Ancak bir top rafa sıçrarsa çok kolay yuvarlanabilir, bu nedenle malzeme iyi bir iletken haline gelir. Güneş ışığı bir yarı iletkenin içine girdiğinde, çöp kutusundan bir topu kaldırıp rafa koyabilir. Ne kadar çok güneş ışığı o kadar iyi diye düşünürdünüz - rafa daha fazla top konur, güneş pilinden daha fazla akım gelir. Ancak daha fazla güneş ışığı aynı zamanda daha yüksek sıcaklıklar anlamına da gelebilir ve daha yüksek sıcaklıklar genellikle bir güneş pilinin gücünü azaltır.
yarı iletkenler
Güneş ışığı bir güneş piline girdiğinde elektronlara enerji ekler, ancak bu enerjik elektronlar güneş pilinde kimseye bir fayda sağlamaz - dışarı çıkmaları gerekir. Yani güneş pilleri raf açılı olacak şekilde tasarlanmıştır. Raftaki bir top hızla aşağı yuvarlanır. Rafın alt kenarından aşağıdaki çöp kutusuna dolanan bir tüp yaparsanız, toplar güneş pilinden aşağı ve geri akacaktır. Elektrik kabloları bir güneş piline bağlandığında aşağı yukarı bu olur -- elektronlar güneş ışığı tarafından alınır ve bir devreye itilir.
Güneş Pilinden Gelen Güç
Elektriksel terimlerle, güç, gerilim çarpı akımdır. Akım, güneş pilinden dışarı itilen elektronların sayısını ifade eder ve voltaj, her elektronun aldığı "itmeyi" ifade eder. Çöp kutusuna ve rafa geri dönersek, akım her saniye rafa konulan top sayısıdır ve voltaj rafın ne kadar yüksek olduğudur.
Güneş daha parlak olduğunda. daha fazla elektrona enerji verir -- rafa daha fazla top kaldırır -- ancak raf daha fazla yükselmez. Yani, bir güneş pilinden çıkan voltaj, güneş pilinin nasıl yapıldığına bağlıdır, maksimum akım ise ne kadar güneş ışığı emdiğine bağlıdır. Gerilim ve akım diğer bazı faktörlere de bağlıdır. Bunlardan biri sıcaklıktır.
Sıcaklık Etkileri
Sıcaklık, nesnelerin ne kadar hareket ettiğini ölçer. Bir yarı iletken durumunda sıcaklık, elektronların ne kadar hareket ettiğini ve bu elektronları tutan tutucuların ne kadar hareket ettiğini ölçer. Yine rafı ve bilye kutusunu düşünürsek, bir yarı iletken daha sıcak olduğunda, sanki toplar çalkalanıyor ve kutunun içinde zıplıyor ve yukarıdaki raf yukarı ve aşağı titreşiyormuş gibi olur.
Sıcak bir güneş pilinde, toplar zaten biraz zıplıyor, güneş ışığının onları alıp rafa koyması daha kolay. Raf yukarı ve aşağı titreştiğinden, topların rafa çıkması da daha kolaydır, ancak o kadar yüksek olmadıkları için o kadar hızlı yuvarlanmazlar. Yani bir silikon güneş pili ısındığında daha fazla akım ancak daha az voltaj üretir. Ne yazık ki, sadece biraz daha fazla akım ve çok daha az voltaj, bu yüzden sonuç, gücün azalmasıdır.
Güneş Paneli Çıkışı
Güneş panelleri, birbirine bağlanmış bir dizi güneş pilinden yapılır. Farklı üreticiler panellerini farklı şekilde inşa ederler, bu nedenle 38 hücreli bir güneş paneli ve 480 hücreli bir güneş paneli bulabilirsiniz. Silikon güneş paneli üretimindeki farklılıklara rağmen, malzeme aşağı yukarı aynıdır, bu nedenle sıcaklık etkileri de hemen hemen aynıdır. Tipik olarak, silikon güneş pili güç çıkışı, her santigrat derece (1.8 derece Fahrenhayt) ile yaklaşık yüzde 0,4 düşer.
Sıcaklık, hava sıcaklığını değil, gerçek malzeme sıcaklığını ifade eder, bu nedenle güneşli bir günde bir güneş panelinin 45 derece C'ye (113 derece F) ulaşması alışılmadık bir durum değildir. Bu, 20 derece C'de (68 derece F) 200 watt olarak derecelendirilen bir panelin yalnızca 180 watt çıkaracağı anlamına gelir.