Сонечныя элементы — гэта немеханічныя прылады, якія выкарыстоўваюць паўправаднікі для непасрэднага пераўтварэння сонечнага святла ў электрычнасць праз фотаэлектрычны эфект. Інтуітыўна людзі могуць падумаць, што сонечныя элементы квітнеюць пад інтэнсіўным сонечным святлом, але ці сапраўды гэта так?
Чалавецтва даўно выкарыстоўвае сонечную энергію трыма асноўнымі спосабамі яе пераўтварэння: фотаэлектрычнае пераўтварэнне, фотатэрмічнае пераўтварэнне і фотахімічнае пераўтварэнне. Фотаэлектрычныя (ФЭ) элементы, якія пераўтвараюць сонечнае святло ў электрычнасць, з'яўляюцца адным з найбольш эфектыўных спосабаў выкарыстання сонечнай энергіі.
Фотаэлектрычны эфект упершыню назіраў у 1839 годзе французскі навуковец Эдмон Бекерэль, і ён адносіцца да ўзнікнення электрычнага патэнцыялу, калі святло трапляе на паўправаднік. Пазней Эйнштэйн растлумачыў гэты эфект, выкарыстоўваючы квантавую тэорыю святла, за што ў 1921 годзе атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы.
У адрозненне ад фотаэлектрычнага эфекту, які ўзнікае, калі святло падае на адзін праваднік, фотаэлектрычны эфект адбываецца на мяжы паміж двума паўправадніковымі пласцінамі. Калі яны злучаны правадніком, гэтая мяжа стварае электрычнае поле, якое дазваляе току працякаць.
Дык як жа сонечныя элементы пераўтвараюць сонечнае святло ў электрычнасць? Сонечнае святло — гэта шырокі спектр электрамагнітнага выпраменьвання. Калі яно трапляе на сонечны элемент, выпраменьванне можа адлюстроўвацца, паглынацца або праходзіць праз яго. Толькі паглынутае выпраменьванне пераўтвараецца ў электрычную энергію.
Для паўправаднікоў на аснове крэмнію для выбівання электрона з атама неабходная энергія 1,11 электрон-вольта (эВ). Толькі фатоны з энергіяй, большай за гэты парог, могуць генераваць электрычнасць. Аднак лішняя энергія ад фатонаў больш высокай энергіі губляецца ў выглядзе цяпла, што спрыяе нагрэву сонечнай панэлі, што можа павысіць яе тэмпературу вышэй за тэмпературу навакольнага паветра.
Насуперак распаўсюджанаму меркаванню, крэмніевыя сонечныя элементы насамрэч аддаюць перавагу больш прахалоднаму асяроддзю, хоць ім усё яшчэ патрэбна сонечнае святло. Па меры павышэння тэмпературы сонечныя панэлі вырабляюць менш энергіі, нягледзячы на тое, што атрымліваюць такую ж колькасць сонечнага святла.
Высокія тэмпературы ў асноўным зніжаюць напружанне халастога ходу (напружанне пры адсутнасці току), хоць ток кароткага замыкання (ток пры кароткім замыканні элемента) застаецца адносна стабільным. Гэта азначае, што больш высокія тэмпературы прыводзяць да зніжэння эфектыўнасці і зніжэння выходнай магутнасці.
Сонечныя элементы звычайна выпрабоўваюцца пры стандартнай тэмпературы 25°C (77°F). Калі тэмпература панэлі дасягае 60°C (140°F) або вышэй, яе выходная магутнасць значна падае. На кожны градус павышэння тэмпературы ток кароткага замыкання павялічваецца толькі на 0,04%, а напружанне халастога ходу памяншаецца на 0,4%.
Нягледзячы на тое, што летам эфектыўнасць зніжаецца, багацце сонечнага святла ў гэты сезон усё роўна прыводзіць да больш высокай агульнай выпрацоўкі энергіі ў параўнанні з іншымі сезонамі.
Як астудзіць сонечныя панэлі
Як і іншыя электронныя прылады, сонечныя панэлі лепш працуюць пры больш нізкіх тэмпературах. Паколькі яны выкарыстоўваюць сонечнае святло, а не цяпло для атрымання энергіі, яны найлепш працуюць пры яркіх, але прахалодных умовах.
Каб астудзіць сонечныя панэлі летам, ці варта нам ставіць цень? Вядома ж, не! Блакаванне сонечнага святла звядзе на нішто мэту сонечнай панэлі. А як наконт нанясення сонцаахоўнага крэму? Не, ужыванне фізічных бар'ераў знізіць паглынанне святла, а хімічныя метады не дапамогуць знізіць тэмпературу.
Для сонечных панэляў на даху натуральная вентыляцыя — эфектыўны і эканамічны спосаб іх астуджэння. Усталёўка панэляў з зазорам паміж імі і дахам дазваляе паветру цыркуляваць і астуджаць панэлі. Аднак важна не дапускаць траплення лісця і смецця ў зазор, каб падтрымліваць паток паветра і прадухіліць перагрэў.
Даследчыкі таксама вывучалі розныя метады астуджэння для павышэння эфектыўнасці сонечных панэляў. Акрамя натуральнай вентыляцыі, былі вывучаны прымусовае паветранае астуджэнне і фотаэлектрычнае цеплавое астуджэнне (PVT), што дае каштоўную інфармацыю аб зніжэнні тэмпературы панэляў і павелічэнні выпрацоўкі энергіі.
Па меры таго, як сонечныя батарэі, пасланцы чыстай энергіі, працягваюць інтэгравацца ў наша жыццё, яны прыносяць з сабой новую хвалю нізкавугляродных, экалагічна чыстых рашэнняў.
