Popularizacijom obnovljivih izvora energije, solarne ćelije su postepeno postale jedan od najvažnijih izvora zelene energije. Međutim, mnogi ljudi možda nisu svjesni da na efikasnost proizvodnje energije i proizvodnju energije solarnih ćelija utiče niz faktora, od kojih je najvažniji svjetlosni uslovi. Dakle, kako svjetlosni uslovi utiču na energiju koju generišu solarne ćelije? Danas ćemo popularizirati ovu temu.
1. intenzitet svjetlosti i proizvodnja energije
Intenzitet svjetlosti, jednostavno rečeno, je snaga zračenja sunčeve svjetlosti po jedinici površine. Kod solarnih ćelija, što je veći intenzitet svjetlosti, to više energije prima solarna ćelija, to je veća njena izlazna snaga. Stoga, tokom sunčanih dana sa jakom sunčevom svjetlošću, snaga koju generišu solarne ćelije je obično veća.
Kapacitet proizvodnje energije fotonaponske ćelije obično se mjeri pod standardnim uslovima ispitivanja pri intenzitetu svjetlosti od 1000 W/m², što je standardna vrijednost koja se koristi u laboratorijama za simuliranje sunčanog dnevnog svjetla. Kada se intenzitet svjetlosti poveća, fotonaponska struja u solarnoj ćeliji se povećava, što zauzvrat povećava izlaznu snagu; obrnuto, ako se intenzitet svjetlosti smanji, na primjer u oblačnim danima ili tokom zalaska sunca, snaga koju generiše ćelija značajno se smanjuje.
Intenzitet svjetlosti varira tokom dana. Počevši od ranog jutra, sunce postepeno izlazi, intenzitet svjetlosti se također postepeno povećava; u podne intenzitet svjetlosti dostiže svoju najveću vrijednost; popodne, kako sunce postepeno zalazi na zapadu, intenzitet svjetlosti postepeno slabi sve dok zalazak sunca potpuno ne nestane. Ova promjena intenziteta sunčeve svjetlosti direktno utiče na proizvodnju energije solarnih ćelija tokom dana.
2. Ugao svjetlosti i efikasnost proizvodnje energije
Ugao svjetlosti će također imati veliki utjecaj na proizvodnju energije solarnih ćelija. Kada sunčeva svjetlost pada vertikalno na površinu solarne ćelije, fotonaponska ćelija može apsorbirati najviše svjetlosne energije, a time i najveću proizvodnju energije; a kada je sunčeva svjetlost kosa, dio svjetlosti će se reflektirati, svjetlosna energija koju apsorbira baterija se smanjuje, a time se smanjuje i proizvodnja energije.
Kako bi se maksimizirala efikasnost proizvodnje energije ćelija, mnogi solarni sistemi su opremljeni uređajima za praćenje sunca koji automatski podešavaju ugao PV ćelija prema položaju sunca kako bi se održao optimalni ugao upada. Ova tehnologija se pokazala efikasnom u povećanju ukupne proizvodnje energije PV ćelija.
3. Utjecaj trajanja svjetla na proizvodnju energije
Trajanje svjetlosti je također važan faktor koji utiče na proizvodnju energije solarnih ćelija. Što su svjetlosni sati duži u danu, to solarna ćelija može generirati više ukupne električne energije. Zbog toga na visokim geografskim širinama solarne ćelije generiraju relativno manje električne energije zbog kratkih zimskih svjetlosnih sati, dok je u područjima s dugim svjetlosnim satima količina električne energije generirane tokom cijele godine veća.
Pored ovoga, sezonske promjene također utiču na broj svjetlosnih sati. Na primjer, ljeti, kada su dani duži, solarne ćelije mogu proizvoditi električnu energiju tokom dužeg vremenskog perioda; dok će se zimi, kada su dani kraći, vrijeme i ukupna količina proizvedene električne energije prirodno smanjivati.
4. Klimatski uslovi i fotonaponske performanse
Klimatski uslovi takođe mogu imati značajan uticaj na energiju koju generišu solarne ćelije. U oblačnim i maglovitim uslovima, sunčeve zrake blokiraju oblaci ili suspendovane čestice, što dovodi do smanjenja količine svjetlosne energije koju prima PV ćelija, a generisana energija će biti značajno smanjena. Pored toga, kiša i snijeg takođe mogu uticati na apsorpciju svjetlosti PV panela, smanjujući performanse proizvodnje energije ćelija.
Zanimljivo je da performanse PV ćelija ne zavise samo od jačine sunčeve svjetlosti, ponekad prejako sunčevo svjetlo može biti loše. Na primjer, efikasnost proizvodnje energije solarnih ćelija ima tendenciju smanjenja u uslovima visoke temperature jer povećana temperatura povećava otpor unutar ćelije, što dovodi do niže proizvodnje energije. Zbog toga u nekim područjima ljudi održavaju svoje PV module hladnijima korištenjem sistema za hlađenje kako bi povećali efikasnost proizvodnje energije.
5. Uticaj spektralnog sastava
Sunčeva svjetlost se sastoji od fotona različitih talasnih dužina, poznatih kao spektar. Solarne ćelije različito apsorbuju različite talasne dužine svjetlosti, a varijacije u spektralnom sastavu također mogu uticati na snagu koju generišu solarne ćelije. Općenito, PV ćelije imaju najveću efikasnost apsorpcije vidljive svjetlosti i relativno nisku apsorpciju ultraljubičaste i infracrvene svjetlosti. Stoga su performanse proizvodnje energije PV ćelija bolje kada u spektru ima više komponente vidljive svjetlosti.
Kada je nebo oblačno, ili rano ujutro i navečer, spektar sunčeve svjetlosti se mijenja, sa smanjenjem vidljive komponente i povećanjem infracrvene komponente, te se u ovom slučaju smanjuje i efikasnost proizvodnje energije fotonaponske ćelije. Kako bi se poboljšao spektralni odziv fotonaponskih ćelija, neka istraživanja su posvećena razvoju materijala sposobnih da apsorbuju širi raspon sunčevog spektra, kao što su halkogenidi, koji su pokazali bolja svojstva apsorpcije svjetlosti u laboratorijskim uslovima.
6. AM 1.5 G standard za testiranje
Prilikom testiranja fotonaponskih ćelija, uobičajeno je koristiti AM 1,5 G kao standardni spektralni uslov. AM je skraćenica za Air Mass (Vazdušna masa), a AM 1,5 znači da je put sunčevih zraka kroz atmosferu jedan i po puta duži od direktnog vertikalnog puta Sunca kroz atmosferu. AM 1,5 G je standard koji se široko koristi širom svijeta i predstavlja spektralni uslov sunčevih zraka koje prolaze kroz atmosferu i na Zemljinu površinu tokom vedrog dana, što odgovara intenzitetu svjetlosti od oko 1000 W/m². AM 1,5 G je globalno korišteni standard koji predstavlja spektralne uslove koje proizvodi svjetlost koja prolazi kroz atmosferu i na Zemljinu površinu tokom vedrog dana, a odgovara intenzitetu svjetlosti od približno 1000 W/m² i intenzitetu svjetlosti od približno 100.000 luksa.
Upotreba AM 1.5 G osigurava da su uslovi testiranja u laboratoriji što sličniji stvarnim uslovima kako bi se precizno procijenile performanse solarnih ćelija u svakodnevnim okruženjima.
7. Standardi i intenzitet unutrašnjeg osvjetljenja
Postoje i nacionalni standardi za intenzitet svjetlosti u zatvorenom prostoru. Na primjer, prema relevantnim nacionalnim standardima Kine (npr. Standard za dizajn rasvjete zgrada GB 50033-2013), zatvoreni prostori za različite namjene imaju različite zahtjeve za svjetlom. Općenito govoreći, nivo osvjetljenja za uobičajeno kancelarijsko okruženje trebao bi biti oko 300-500 luksa, dok je standard osvjetljenja za školsku učionicu viši, obično iznad 500 luksa.
Za intenzitet svjetlosti u zatvorenom prostoru po kvadratnom metru, kada se pretvori u snagu, obično je između 5-15 W/m², ovisno o stvarnom tipu izvora svjetlosti i svjetlosnoj efikasnosti. Ovaj intenzitet svjetlosti je daleko ispod standarda za vanjsku sunčevu svjetlost, ali je dovoljan za svakodnevne aktivnosti i osvjetljenje u zatvorenom prostoru.
8. Faktori okoline koji utiču na svjetlosne uslove
Pored gore navedenih faktora, zasjenjenje zagađivačima poput prašine, ptičjeg izmeta, lišća itd. također može utjecati na svjetlosne uvjete fotonaponskih ćelija, smanjujući time generiranu energiju. Ove prepreke će spriječiti dio sunčeve svjetlosti da dopre do površine fotonaponske ćelije, formirajući takozvani "efekat vruće tačke", odnosno povećavajući temperaturu blokirane ćelije, što ne samo da smanjuje efikasnost, već može uzrokovati i oštećenje ćelije.
Da bi se ovo spriječilo, fotonaponske ćelije je potrebno redovno čistiti kako bi se osiguralo da površina ostane čista i da se maksimizira apsorpcija svjetlosti. Za neka područja koja se nalaze u područjima s puno pijeska i prašine ili čestom aktivnošću ptica, ugradnja samočistećeg premaza ili postavljanje sistema za čišćenje su efikasnija rješenja.
9. Sažetak
Svjetlosni uslovi su jedan od ključnih faktora u određivanju snage koju generiraju solarne ćelije. Intenzitet svjetlosti, ugao upada, trajanje svjetlosti, klimatski uslovi i spektralni sastav imaju značajan uticaj na performanse proizvodnje energije fotonaponskih ćelija. Da bismo maksimizirali količinu energije koju generiraju solarne ćelije, moramo uzeti u obzir ove svjetlosne uslove i odgovarajuće dizajnirati i održavati fotonaponski sistem, kao što je instaliranje uređaja za praćenje sunca, redovno čišćenje panela i održavanje odgovarajuće radne temperature.
Kontinuiranim optimiziranjem dizajna i primjene fotonaponskih ćelija možemo efikasnije koristiti solarnu energiju i pozitivno doprinijeti postizanju univerzalnog pristupa čistoj energiji i smanjenju emisija ugljika.
