Фотоелектричні сонячні елементи - це напівпровідникові матеріали, призначені для перетворення сонячного світла в електрику. Ви можете уявити напівпровідник як порожню полицю над сміттєвим ящиком, повним пружних кульок - де кулі схожі на електрони в напівпровіднику. Кулі в смітнику внизу не можуть рухатися дуже далеко, тому матеріал погано проводить. Але якщо кулька підскочить до полиці, вона може дуже легко котитися, тому матеріал перетворюється на хороший провідник. Коли сонячне світло потрапляє в напівпровідник, він може підняти кульку з смітника і покласти його на полицю. Можна подумати, чим більше сонячного світла, тим краще - більше кульок кладеться на полицю, більше струму від сонячної батареї. Але більше сонячного світла може означати і більш високі температури - а більш високі температури, як правило, зменшують потужність сонячної батареї.
Напівпровідники
Коли сонячне світло потрапляє в сонячну комірку, воно додає енергію електронам, але ці енергетичні електрони нікому не роблять нічого доброго в сонячній батареї - вони повинні вийти. Отже, сонячні елементи сконструйовані таким чином, що полиця знаходиться під кутом. Куля на полиці швидко скочується вниз. Якщо ви побудуєте трубку від низького краю полиці, яка звивається навколо сміттєвого бака, то кульки будуть стікати вниз із сонячної батареї і назад. Це більш-менш те, що відбувається, коли електричні дроти підключаються до сонячної батареї - електрони підхоплюються сонячним світлом і штовхаються в ланцюг.
Живлення від сонячної батареї
З точки зору електрики, потужність - це напруга, зменшена за струм. Струм відноситься до кількості електронів, що виштовхуються із сонячного елемента, а напруга - до "поштовху", який отримує кожен електрон. Звертаючись до сміттєвого ящика та полиці, струм - це кількість куль, що кладуться на полицю щосекунди, а напруга - наскільки висока полиця.
Коли сонце стає яскравішим. це дає енергію більшій кількості електронів - піднімає більше кульок на полицю, але полиця не стає вище. Тобто напруга на сонячній батареї залежить від побудови сонячної батареї, тоді як максимальний струм залежить від того, скільки сонячного світла вона поглинає. Напруга та сила струму також залежать від деяких інших факторів. Однією з них є температура.
Температурні ефекти
Температура вимірює, наскільки все рухається. У випадку напівпровідника температура вимірює, наскільки електрони рухаються навколо і наскільки тримачі цих електронів рухаються навколо. Знову замислюючись про полицю та смітник кульок, коли напівпровідник гарячіший, це наче кульки збиваються та підстрибують у сміттєвому контейнері, а полиця зверху вібрує вгору-вниз.
У гарячій сонячній батареї кулі вже трохи підстрибують, сонячному світлу легше підняти їх і покласти на полицю. Оскільки полиця вібрує вгору-вниз, кулям також легше потрапити на полицю, але оскільки вони не такі високі, вони не так швидко котяться. Тобто, коли кремнієвий сонячний елемент нагрівається, він генерує більше струму, але менше напруги. На жаль, це лише трохи більше струму і набагато менше напруги, тож результат є зменшення потужності.
Вихід сонячної панелі
Панелі сонячних батарей побудовані з цілої групи сонячних батарей, з'єднаних між собою. Різні виробники будують свої панелі по-різному, тому ви можете знайти одну сонячну панель на 38 елементів, а іншу - на 480. Навіть зважаючи на відмінності у виробництві кремнієвих сонячних панелей, матеріал більш-менш однаковий, тому температурний вплив також майже однаковий. Як правило, вихідна потужність сонячних елементів з кремнію падає приблизно на 0,4 відсотка з кожним градусом Цельсія (1,8 градуса за Фаренгейтом).
Температура відноситься до фактичної температури матеріалу, а не температури повітря, тому в сонячний день не так вже й незвично, коли сонячна панель досягає 45 градусів С (113 градусів за Фаренгейтом). Це означає, що панель, розрахована на 200 Вт при 20 градусах С (68 градусів F), видаватиме лише 180 Вт.