Слънчевите клетки са немеханични устройства, които използват полупроводници, за да преобразуват директно слънчевата светлина в електричество чрез фотоволтаичния ефект. Интуитивно хората може да си помислят, че слънчевите клетки виреят под интензивна слънчева светлина, но наистина ли е така?
Човечеството отдавна използва слънчевата енергия, като използва три основни начина за преобразуването ѝ: фотоволтаично преобразуване, фототермично преобразуване и фотохимично преобразуване. Фотоволтаичното (PV) производство на енергия, което преобразува слънчевата светлина в електричество, е едно от най-ефективните приложения на слънчевата енергия.
Фотоволтаичният ефект е наблюдаван за първи път през 1839 г. от френския учен Едмон Бекерел и се отнася до генерирането на електрически потенциал, когато светлината попадне върху полупроводник. По-късно Айнщайн обяснява този ефект, използвайки квантовата теория на светлината, което му носи Нобелова награда за физика през 1921 г.
За разлика от фотоелектричния ефект, който възниква, когато светлината попадне върху единичен проводник, фотоволтаичният ефект се случва на границата между две полупроводникови пластини. Когато са свързани с проводник, тази граница създава електрическо поле, което позволява протичането на ток.
И така, как слънчевите клетки превръщат слънчевата светлина в електричество? Слънчевата светлина е широк спектър от електромагнитно излъчване. Когато попадне върху слънчева клетка, радиацията може да се отрази, абсорбира или да премине през нея. Само абсорбираното лъчение се преобразува в електрическа енергия.
За полупроводниците на силициева основа е необходима енергия от 1,11 електрон волта (eV), за да се отдели електрон от атома му. Само фотони с енергия, по-голяма от този праг, могат да генерират електричество. Излишната енергия от фотоните с по-висока енергия обаче се губи като топлина, което допринася за нагряването на слънчевия панел, което може да повиши температурата му над тази на околния въздух.
Противно на общоприетото схващане, силициевите слънчеви клетки всъщност предпочитат по-хладна среда, въпреки че все още се нуждаят от слънчева светлина. С повишаването на температурите, слънчевите панели произвеждат по-малко енергия, въпреки че получават същото количество слънчева светлина.
Високите температури намаляват главно напрежението на отворена верига (напрежението, когато не тече ток), въпреки че токът на късо съединение (токът, когато клетката е накъсо) остава относително стабилен. Това означава, че по-високите температури водят до по-ниска ефективност и намалена изходна мощност.
Слънчевите клетки обикновено се тестват при стандартна температура от 25°C (77°F). Когато температурата на панела достигне 60°C (140°F) или по-висока, изходната му мощност спада значително. За всеки градус повишаване на температурата, токът на късо съединение се увеличава само с 0,04%, докато напрежението на отворена верига намалява с 0,4%.
Въпреки че ефективността спада през лятото, изобилието от слънчева светлина през този сезон все още води до по-високо общо производство на енергия в сравнение с други сезони.
Как да охладим слънчевите панели
Подобно на други електронни устройства, слънчевите панели работят по-добре при по-ниски температури. Тъй като разчитат на слънчева светлина, а не на топлина за захранване, те функционират най-добре при ярки, но хладни условия.
За да охладим слънчевите панели през лятото, трябва ли да поставим сянка? Разбира се, че не! Блокирането на слънчевата светлина би обезсмислило предназначението на слънчевия панел. Ами нанасянето на слънцезащитен крем? Не, прилагането на физически бариери би намалило поглъщането на светлина, а химичните методи не биха помогнали за понижаване на температурата.
За покривните слънчеви панели естествената вентилация е ефективен и икономичен начин за охлаждането им. Монтирането на панелите с разстояние между тях и покрива позволява на въздуха да циркулира и да охлажда панелите. Важно е обаче да се предпазват листата и отломките от разстоянието, за да се поддържа въздушният поток и да се предотврати прегряване.
Изследователите са изследвали и различни методи за охлаждане, за да подобрят ефективността на слънчевите панели. В допълнение към естествената вентилация, са изследвани и принудителното въздушно охлаждане и фотоволтаично-термичното охлаждане (PVT), които предлагат ценна информация за понижаване на температурите на панелите и повишаване на енергийното производство.
Тъй като слънчевите клетки, пратениците на чиста енергия, продължават да се интегрират в живота ни, те носят със себе си нова вълна от нисковъглеродни, екологични решения.
