Solarne ćelije su nemehanički uređaji koji koriste poluprovodnike za direktno pretvaranje sunčeve svjetlosti u električnu energiju putem fotonaponskog efekta. Intuitivno, ljudi bi mogli pomisliti da solarne ćelije uspijevaju pod intenzivnom sunčevom svjetlošću, ali je li to zaista slučaj?
Čovječanstvo već dugo koristi solarnu energiju, na tri glavna načina: fotonaponsku konverziju, fototermalnu konverziju i fotohemijsku konverziju. Fotonaponska (PV) proizvodnja energije, koja pretvara sunčevu svjetlost u električnu energiju, jedan je od najefikasnijih načina korištenja solarne energije.
Fotovoltažni efekat prvi put je primijetio francuski naučnik Edmond Becquerel 1839. godine, a odnosi se na stvaranje električnog potencijala kada svjetlost pogodi poluprovodnik. Kasnije je Einstein objasnio ovaj efekat koristeći kvantnu teoriju svjetlosti, što mu je donijelo Nobelovu nagradu za fiziku 1921. godine.
Za razliku od fotoelektričnog efekta, koji se javlja kada svjetlost padne na jedan provodnik, fotonaponski efekat se dešava na granici između dvije poluprovodničke ploče. Kada su spojene žicom, ova granica stvara električno polje, omogućavajući protok struje.
Dakle, kako solarne ćelije pretvaraju sunčevu svjetlost u električnu energiju? Sunčeva svjetlost je širok spektar elektromagnetnog zračenja. Kada udari u solarnu ćeliju, zračenje se može reflektirati, apsorbirati ili propustiti. Samo apsorbirano zračenje se pretvara u električnu energiju.
Za poluprovodnike na bazi silicija, potrebna je energija od 1,11 elektron volta (eV) da bi se elektron oslobodio iz svog atoma. Samo fotoni s energijom većom od ovog praga mogu generirati električnu energiju. Međutim, višak energije iz fotona veće energije gubi se kao toplina, doprinoseći zagrijavanju solarnog panela, što može podići njegovu temperaturu iznad temperature okolnog zraka.
Suprotno uvriježenom mišljenju, solarne ćelije na bazi silicija zapravo preferiraju hladnija okruženja, iako im je i dalje potrebna sunčeva svjetlost. Kako temperature rastu, solarni paneli proizvode manje energije, uprkos tome što primaju istu količinu sunčeve svjetlosti.
Visoke temperature uglavnom smanjuju napon otvorenog kola (napon kada ne teče struja), iako struja kratkog spoja (struja kada je ćelija u kratkom spoju) ostaje relativno stabilna. To znači da više temperature dovode do niže efikasnosti i smanjene izlazne snage.
Solarne ćelije se obično testiraju na standardnoj temperaturi od 25°C (77°F). Kada temperatura panela dostigne 60°C (140°F) ili više, njegova izlazna snaga značajno opada. Za svaki stepen povećanja temperature, struja kratkog spoja se povećava za samo 0,04%, dok se napon otvorenog kola smanjuje za 0,4%.
Iako efikasnost opada ljeti, obilje sunčeve svjetlosti tokom ove sezone i dalje rezultira većom ukupnom proizvodnjom energije u poređenju s drugim godišnjim dobima.
Kako ohladiti solarne panele
Kao i drugi elektronski uređaji, solarni paneli bolje funkcionišu na nižim temperaturama. Budući da se oslanjaju na sunčevu svjetlost, a ne na toplinu, najbolje funkcionišu u svijetlim, ali hladnim uslovima.
Da bismo rashladili solarne panele tokom ljeta, trebamo li postaviti hlad? Naravno da ne! Blokiranje sunčeve svjetlosti poništilo bi svrhu solarnog panela. Šta je s nanošenjem kreme za sunčanje? Ne, nanošenje fizičkih barijera smanjilo bi apsorpciju svjetlosti, a hemijske metode ne bi pomogle u snižavanju temperature.
Za krovne solarne panele, prirodna ventilacija je efikasan i ekonomičan način njihovog hlađenja. Postavljanje panela s razmakom između njih i krova omogućava cirkulaciju zraka i hlađenje panela. Međutim, važno je držati lišće i ostatke podalje od razmaka kako bi se održao protok zraka i spriječilo pregrijavanje.
Istraživači su također proučavali različite metode hlađenja kako bi poboljšali efikasnost solarnih panela. Pored prirodne ventilacije, istraženo je i prisilno hlađenje zrakom i fotonaponsko-termalno hlađenje (PVT), što nudi vrijedne uvide u snižavanje temperature panela i povećanje proizvodnje energije.
Kako solarne ćelije, glasnici čiste energije, nastavljaju da se integrišu u naše živote, one sa sobom donose novi talas ekološki prihvatljivih rješenja sa niskim udjelom ugljika.
