Solární články jsou nemechanická zařízení, která využívají polovodiče k přímé přeměně slunečního záření na elektřinu prostřednictvím fotovoltaického jevu. Lidé by si intuitivně mohli myslet, že solárním článkům se daří pod intenzivním slunečním zářením, ale je to skutečně tak?
Lidstvo již dlouho využívá sluneční energii třemi hlavními způsoby, jak ji přeměnit: fotovoltaickou konverzí, fototermální konverzí a fotochemickou konverzí. Fotovoltaická (FV) výroba energie, která přeměňuje sluneční záření na elektřinu, je jedním z nejúčinnějších způsobů využití sluneční energie.
Fotovoltaický jev poprvé pozoroval v roce 1839 francouzský vědec Edmond Becquerel a týká se vzniku elektrického potenciálu, když světlo dopadne na polovodič. Později Einstein vysvětlil tento jev pomocí kvantové teorie světla, za kterou v roce 1921 získal Nobelovu cenu za fyziku.
Na rozdíl od fotoelektrického jevu, ke kterému dochází, když světlo dopadne na jeden vodič, fotovoltaický jev probíhá na rozhraní mezi dvěma polovodičovými deskami. Když jsou propojeny drátem, toto rozhraní vytváří elektrické pole, které umožňuje průtok proudu.
Jak tedy solární články přeměňují sluneční světlo na elektřinu? Sluneční světlo je široké spektrum elektromagnetického záření. Když dopadne na solární článek, může se odrážet, absorbovat nebo jím procházet. Na elektrickou energii se přeměňuje pouze absorbované záření.
U polovodičů na bázi křemíku je k uvolnění elektronu z jeho atomu potřeba energie 1,11 elektronvoltů (eV). Pouze fotony s energií vyšší než tato prahová hodnota mohou generovat elektřinu. Přebytečná energie z fotonů s vyšší energií se však ztrácí jako teplo, což přispívá k ohřevu solárního panelu, což může zvýšit jeho teplotu nad teplotu okolního vzduchu.
Na rozdíl od všeobecného přesvědčení, solární články na bázi křemíku ve skutečnosti preferují chladnější prostředí, i když stále potřebují sluneční světlo. S rostoucími teplotami solární panely produkují méně energie, přestože dostávají stejné množství slunečního světla.
Vysoké teploty snižují hlavně napětí naprázdno (napětí, když neprotéká žádný proud), ačkoli zkratový proud (proud, když je článek zkratován) zůstává relativně stabilní. To znamená, že vyšší teploty vedou k nižší účinnosti a sníženému výstupnímu výkonu.
Solární články se obvykle testují při standardní teplotě 25 °C (77 °F). Když teplota panelu dosáhne 60 °C (140 °F) nebo vyšší, jeho výkon výrazně klesá. S každým stupněm zvýšení teploty se zkratový proud zvyšuje pouze o 0,04 %, zatímco napětí naprázdno se snižuje o 0,4 %.
I když účinnost v létě klesá, dostatek slunečního záření v tomto období stále vede k vyšší celkové produkci energie ve srovnání s jinými ročními obdobími.
Jak ochladit solární panely
Stejně jako jiná elektronická zařízení, i solární panely fungují lépe při nižších teplotách. Protože se pro napájení spoléhají na sluneční světlo spíše než na teplo, fungují nejlépe za jasných, ale chladných podmínek.
Měli bychom si v létě pořídit stín, abychom solární panely ochladili? Samozřejmě že ne! Blokování slunečního záření by zrušilo účel solárního panelu. A co nanesení opalovacího krému? Ne, použití fyzikálních bariér by snížilo absorpci světla a chemické metody by nepomohly snížit teplotu.
U střešních solárních panelů je přirozené větrání efektivním a ekonomickým způsobem chlazení. Instalace panelů s mezerou mezi nimi a střechou umožňuje cirkulaci vzduchu a chlazení panelů. Je však důležité udržovat listí a nečistoty mimo mezeru, aby se udrželo proudění vzduchu a zabránilo se přehřátí.
Výzkumníci také studovali různé metody chlazení pro zlepšení účinnosti solárních panelů. Kromě přirozeného větrání bylo zkoumáno také nucené chlazení vzduchem a fotovoltaické termální chlazení (PVT), které nabízejí cenné poznatky o snižování teplot panelů a zvyšování energetického výkonu.
S tím, jak se solární články, poslové čisté energie, nadále integrují do našich životů, přinášejí s sebou novou vlnu nízkouhlíkových a ekologických řešení.
