Ефективність фотоелектричної системи - це вимірювання того, яку частину наявної сонячної енергії сонячний елемент перетворює в електричну. Більшість типових кремнієвих сонячних елементів мають максимальну ефективність близько 15 відсотків. Однак навіть сонячна система з 15-відсотковою ефективністю може забезпечити живлення середнього будинку економічно вигідним способом.
Звідки береться енергія?
Енергія в сонячному світлі надходить у пакетах, які називаються фотонами. Ці фотони несуть певну кількість енергії залежно від довжини хвилі. Зі зменшенням довжини хвилі енергія фотона збільшується. Ці фотони збуджують електрони в сонячному елементі, що змушує їх протікати через схему, створюючи електричний струм. Для того щоб звільнити електрон у кремнії, фотону потрібно щонайменше 1,1 електрон-вольта енергії. Електрон вольт - це кількість енергії, необхідної для переміщення електрона через різницю потенціалів в один вольт. Якщо фотон має більше 1,1 електрон-вольт, електрон рухатиметься по ланцюгу, але надлишок енергії буде виділятися як тепло. Це одна з причин того, що сонячні елементи мають таку низьку ефективність; їм потрібна лише дуже конкретна кількість енергії, щоб працювати.
Скільки потужності забезпечує Сонце?
Сонце забезпечує різну кількість енергії залежно від того, де ви знаходитесь на Землі і де воно знаходиться на небі. Сонячні батареї, як правило, класифікуються за стандартних умов, відомих як AM1.5. Це означає повітряну масу 1,5, що є прийнятою умовою випробування сонячних панелей. При AM1,5 сонце забезпечує 1000 Вт на квадратний метр. Однак фактично доступна сонячна енергія залежить від місцезнаходження, погодних умов та часу доби.
Який відсоток сили Сонця можуть використовувати сонячні клітини?
Для того, щоб зрозуміти силу Сонця, ми використовуємо модель випромінювання, яка називається спектром чорного тіла. Спектр чорного тіла повідомляє нам про розподіл енергії об’єктів на різних довжинах хвиль. Заснований на спектрі чорних тіл, 23 відсотки енергії сонця має довжину хвилі занадто довгу, щоб бути корисною для сонячних панелей. Ці фотони просто пройдуть крізь клітину. Інші довжини хвиль мають деяку надлишкову енергію. Насправді, ще 33 відсотки енергії Сонця - це надлишок енергії, який також непридатний для кремнієвих сонячних елементів. Отже, це залишає лише 44 відсотки сонячної енергії доступними для кремнієвих сонячних елементів. Більша частина цієї енергії втрачається внаслідок відбиття та інших процесів у самій клітині. Отже, хоча теоретична максимальна ефективність може бути вищою, реальна ефективність кремнієвих елементів зазвичай становить близько 15 відсотків.
Як ми підвищуємо ефективність панелі?
З метою підвищення ефективності використання сонячних панелей ми можемо вдосконалити та урізноманітнити матеріали, які використовуємо для їх виготовлення. Різні матеріали вимагають різної кількості фотонної енергії для отримання струму. Отже, гібридні панелі можуть охоплювати безліч різних значень електрон-вольт, щоб максимізувати енергію, що уловлюється. Однією з проблем цього підходу є вартість виробництва. Стандартна сонячна панель виготовлена з кремнію, який є широко доступним і добре зрозумілим. Оскільки матеріали, що використовуються в сонячних панелях, стають рідкішими та спеціалізованішими, вартість виготовлення зростає. Отже, збільшення ефективності призводить до збільшення витрат.