Solceller er ikke-mekaniske enheder, der bruger halvledere til direkte at omdanne sollys til elektricitet gennem den fotovoltaiske effekt. Intuitivt tror folk måske, at solceller trives i intenst sollys, men er det virkelig tilfældet?
Menneskeheden har længe brugt solenergi, og der er tre primære måder at omdanne den på: fotovoltaisk konvertering, fototermisk konvertering og fotokemisk konvertering. Fotovoltaisk (PV) energiproduktion, som omdanner sollys til elektricitet, er en af de mest effektive anvendelser af solenergi.
Den fotovoltaiske effekt blev første gang observeret i 1839 af den franske videnskabsmand Edmond Becquerel, og den refererer til genereringen af et elektrisk potentiale, når lys rammer en halvleder. Senere forklarede Einstein denne effekt ved hjælp af kvanteteorien om lys, som vandt ham Nobelprisen i fysik i 1921.
I modsætning til den fotoelektriske effekt, som opstår, når lys rammer en enkelt leder, sker den fotovoltaiske effekt ved grænsefladen mellem to halvlederplader. Når de er forbundet med en ledning, skaber denne grænseflade et elektrisk felt, der tillader strøm at flyde.
Så hvordan omdanner solceller sollys til elektricitet? Sollys er et bredt spektrum af elektromagnetisk stråling. Når det rammer en solcelle, kan strålingen reflekteres, absorberes eller passere igennem. Kun absorberet stråling omdannes til elektrisk energi.
For siliciumbaserede halvledere kræves der en energi på 1,11 elektronvolt (eV) for at slå en elektron løs fra sit atom. Kun fotoner med en energi, der er større end denne tærskel, kan generere elektricitet. Overskydende energi fra fotoner med højere energi går dog tabt som varme, hvilket bidrager til opvarmning af solpanelet, hvilket kan hæve dets temperatur over den omgivende luft.
I modsætning til hvad mange tror, foretrækker siliciumbaserede solceller faktisk køligere miljøer, selvom de stadig har brug for sollys. Når temperaturen stiger, producerer solpaneler mindre energi, på trods af at de modtager den samme mængde sollys.
Høje temperaturer reducerer primært tomgangsspændingen (spændingen når der ikke flyder strøm), selvom kortslutningsstrømmen (strømmen når cellen er kortsluttet) forbliver relativt stabil. Det betyder, at højere temperaturer fører til lavere effektivitet og reduceret udgangseffekt.
Solceller testes typisk ved en standardtemperatur på 25 °C (77 °F). Når panelets temperatur når 60 °C (140 °F) eller højere, falder dets effekt betydeligt. For hver grads temperaturstigning stiger kortslutningsstrømmen kun med 0,04 %, mens tomgangsspændingen falder med 0,4 %.
Selvom effektiviteten falder om sommeren, resulterer den store mængde sollys i denne sæson stadig i en højere samlet energiproduktion sammenlignet med andre årstider.
Sådan køler du solpaneler ned
Ligesom andre elektroniske enheder fungerer solpaneler bedre i køligere temperaturer. Da de er afhængige af sollys snarere end varme for strøm, fungerer de bedst under lyse, men kølige forhold.
Skal vi sætte en skygge op for at køle solpaneler ned om sommeren? Selvfølgelig ikke! At blokere sollyset ville ophæve formålet med et solpanel. Hvad med at bruge solcreme? Nej, at bruge fysiske barrierer ville reducere lysabsorptionen, og kemiske metoder ville ikke hjælpe med at sænke temperaturen.
For solpaneler på taget er naturlig ventilation en effektiv og økonomisk måde at køle dem på. Installation af panelerne med et mellemrum mellem dem og taget tillader luften at cirkulere og køle panelerne. Det er dog vigtigt at holde blade og snavs ude af mellemrummet for at opretholde luftstrømmen og forhindre overophedning.
Forskere har også undersøgt forskellige kølemetoder for at forbedre solpanelers effektivitet. Ud over naturlig ventilation er tvungen luftkøling og solcelle-termisk køling (PVT) blevet udforsket, hvilket giver værdifuld indsigt i at sænke paneltemperaturer og øge energiproduktionen.
I takt med at solceller, udsendinge af ren energi, fortsætter med at integreres i vores liv, bringer de en ny bølge af miljøvenlige løsninger med lavt CO2-udledning.
