Sunĉeloj estas nemekanikaj aparatoj, kiuj uzas duonkonduktaĵojn por rekte konverti sunlumon en elektron per la fotovoltaika efiko. Intuicie, homoj eble pensas, ke sunĉeloj prosperas sub intensa sunlumo, sed ĉu tio vere estas la kazo?
La homaro longe utiligis sunenergion, kun tri ĉefaj manieroj konverti ĝin: fotovoltaika konverto, fototermika konverto kaj fotokemia konverto. Fotovoltaika (PV) elektrogenerado, kiu konvertas sunlumon en elektron, estas unu el la plej efikaj uzoj de sunenergio.
La fotovoltaika efiko estis unue observita en 1839 de la franca sciencisto Edmond Becquerel, kaj ĝi rilatas al la generado de elektra potencialo kiam lumo trafas duonkonduktaĵon. Poste, Einstein klarigis ĉi tiun efikon uzante la kvantumteorion de lumo, kiu gajnis al li la Nobel-premion pri fiziko en 1921.
Male al la fotoelektra efiko, kiu okazas kiam lumo trafas unuopan konduktilon, la fotovoltaeca efiko okazas ĉe la limo inter du duonkonduktaĵaj platoj. Kiam konektitaj per drato, ĉi tiu limo kreas elektran kampon, permesante al kurento flui.
Do, kiel sunĉeloj transformas sunlumon en elektron? Sunlumo estas larĝa spektro de elektromagneta radiado. Kiam ĝi trafas sunĉelon, la radiado povas esti reflektita, absorbita aŭ trapasita. Nur absorbita radiado estas konvertita en elektran energion.
Por silicio-bazitaj duonkonduktaĵoj, energio de 1.11 elektronvoltoj (eV) estas necesa por deŝiri elektronon de ĝia atomo. Nur fotonoj kun energio pli granda ol ĉi tiu sojlo povas generi elektron. Tamen, troa energio de pli alt-energiaj fotonoj perdiĝas kiel varmo, kontribuante al la varmiĝo de la sunpanelo, kiu povas levi ĝian temperaturon super la ĉirkaŭa aero.
Kontraŭe al populara kredo, silicio-bazitaj sunĉeloj fakte preferas pli malvarmajn mediojn, kvankam ili ankoraŭ bezonas sunlumon. Dum temperaturoj altiĝas, sunpaneloj produktas malpli da energio, malgraŭ ricevado de la sama kvanto da sunlumo.
Altaj temperaturoj ĉefe reduktas la malfermacirkvitan tension (la tensio kiam neniu kurento fluas), kvankam la kurtacirkvita kurento (la kurento kiam la ĉelo estas kurtacirkvita) restas relative stabila. Tio signifas, ke pli altaj temperaturoj kondukas al pli malalta efikeco kaj reduktita elira potenco.
Sunĉeloj estas tipe testataj je norma temperaturo de 25 °C (77 °F). Kiam la temperaturo de la panelo atingas 60 °C (140 °F) aŭ pli, ĝia potenco malpliiĝas signife. Por ĉiu grado da pliiĝo de temperaturo, la kurta cirkvita kurento pliiĝas je nur 0,04%, dum la malferma cirkvita tensio malpliiĝas je 0,4%.
Kvankam la efikeco malpliiĝas somere, la abundo de sunlumo dum ĉi tiu sezono ankoraŭ rezultigas pli altan totalan energiproduktadon kompare kun aliaj sezonoj.
Kiel Malvarmigi Sunpanelojn
Kiel aliaj elektronikaj aparatoj, sunpaneloj funkcias pli bone en pli malvarmaj temperaturoj. Ĉar ili dependas de sunlumo anstataŭ varmo por energio, ili funkcias plej bone en helaj sed malvarmaj kondiĉoj.
Por malvarmigi sunpanelojn dum la somero, ĉu ni metu ŝirmilon? Kompreneble ne! Bloki sunlumon nuligus la celon de sunpanelo. Kion pri aplikado de sunkremo? Ne, apliki fizikajn barojn reduktus lumsorbadon, kaj kemiaj metodoj ne helpus malaltigi la temperaturon.
Por tegmentaj sunpaneloj, natura ventolado estas efika kaj ekonomia maniero malvarmigi ilin. Instali la panelojn kun interspaco inter ili kaj la tegmento permesas al aero cirkuli kaj malvarmigi la panelojn. Tamen, gravas teni foliojn kaj derompaĵojn for de la interspaco por konservi aerfluon kaj malhelpi trovarmiĝon.
Esploristoj ankaŭ studis diversajn malvarmigajn metodojn por plibonigi la efikecon de sunpaneloj. Aldone al natura ventolado, oni esploris ankaŭ preman aermalvarmigon kaj fotovoltaecan-termikan malvarmigon (PVT), ofertante valorajn komprenojn pri malaltigo de panelaj temperaturoj kaj pliigo de energioproduktado.
Dum sunĉeloj, la senditoj de pura energio, daŭre integriĝas en niajn vivojn, ili kunportas freŝan ondon de malaltkarbonaj, ekologie sanaj solvoj.
