Päikesepatareid on mittemehaanilised seadmed, mis kasutavad pooljuhte päikesevalguse otse elektriks muundamiseks fotogalvaanilise efekti abil. Intuitiivselt võivad inimesed arvata, et päikesepatareid edenevad intensiivse päikesevalguse käes, aga kas see on tõesti nii?
Inimkond on päikeseenergiat pikka aega kasutanud, kusjuures selleks on kolm peamist viisi: fotogalvaaniline muundamine, fototermiline muundamine ja fotokeemiline muundamine. Fotogalvaaniline (PV) energia tootmine, mis muudab päikesevalguse elektriks, on üks päikeseenergia kõige tõhusamaid kasutusviise.
Fotogalvaanilise efekti vaatles esmakordselt 1839. aastal prantsuse teadlane Edmond Becquerel ja see viitab elektrilise potentsiaali tekkimisele, kui valgus tabab pooljuhti. Hiljem selgitas Einstein seda efekti valguse kvantteooria abil, mis võitis talle 1921. aasta Nobeli füüsikapreemia.
Erinevalt fotoelektrilisest efektist, mis tekib siis, kui valgus langeb ühele juhile, toimub fotogalvaaniline efekt kahe pooljuhtplaadi piiril. Juhtmega ühendamisel tekitab see piir elektrivälja, mis võimaldab voolul voolata.
Kuidas päikesepatareid päikesevalgust elektriks muudavad? Päikesevalgus on laia spektriga elektromagnetiline kiirgus. Kui see päikesepatareid tabab, võib kiirgus peegelduda, neelduda või läbi minna. Ainult neeldunud kiirgus muundatakse elektrienergiaks.
Ränipõhiste pooljuhtide puhul on elektroni aatomist lahti löömiseks vaja 1,11 elektronvolti (eV) energiat. Ainult footonid, mille energia on sellest lävest suurem, saavad elektrit toota. Kõrgema energiaga footonite liigne energia aga kaob soojusena, mis aitab kaasa päikesepaneeli kuumenemisele, mis võib tõsta selle temperatuuri ümbritseva õhu temperatuurist kõrgemaks.
Vastupidiselt levinud arvamusele eelistavad ränipõhised päikesepatareid tegelikult jahedamat keskkonda, kuigi nad vajavad ikkagi päikesevalgust. Temperatuuri tõustes toodavad päikesepaneelid vähem energiat, hoolimata sellest, et nad saavad sama palju päikesevalgust.
Kõrged temperatuurid vähendavad peamiselt tühikäigu pinget (pinget, kui voolu ei voola), kuigi lühisvool (vool lühistatud elemendi korral) jääb suhteliselt stabiilseks. See tähendab, et kõrgemad temperatuurid põhjustavad madalamat efektiivsust ja väiksemat väljundvõimsust.
Päikesepatareid testitakse tavaliselt standardtemperatuuril 25 °C (77 °F). Kui paneeli temperatuur jõuab 60 °C-ni (140 °F) või kõrgemale, langeb selle võimsus märkimisväärselt. Iga temperatuuri tõusu kraadi kohta suureneb lühisvool vaid 0,04%, samas kui tühikäigu pinge väheneb 0,4%.
Kuigi suvel efektiivsus langeb, toob päikesevalguse rohkus sel aastaajal kaasa siiski suurema üldise energiatootmise võrreldes teiste aastaaegadega.
Kuidas päikesepaneele jahutada
Nagu teisedki elektroonikaseadmed, toimivad päikesepaneelid paremini jahedamate temperatuuride korral. Kuna nad toetuvad energia saamiseks päikesevalgusele, mitte soojusele, toimivad nad kõige paremini eredates, kuid jahedates tingimustes.
Kas peaksime suvel päikesepaneelide jahutamiseks varju üles panema? Muidugi mitte! Päikesevalguse blokeerimine muudaks päikesepaneeli mõttetuks. Aga kuidas on päikesekaitsekreemi kasutamisega? Ei, füüsiliste tõkete paigaldamine vähendaks valguse neeldumist ja keemilised meetodid ei aitaks temperatuuri alandada.
Katusele paigaldatavate päikesepaneelide jahutamiseks on loomulik ventilatsioon tõhus ja ökonoomne viis. Paneelide paigaldamine nii, et nende ja katuse vahele jääb vahe, võimaldab õhul ringelda ja paneele jahutada. Siiski on oluline hoida lehed ja praht vahest eemal, et säilitada õhuvool ja vältida ülekuumenemist.
Teadlased on uurinud ka erinevaid jahutusmeetodeid päikesepaneelide efektiivsuse parandamiseks. Lisaks loomulikule ventilatsioonile on uuritud sundõhuga jahutust ja fotogalvaanilist-termilist jahutust (PVT), mis pakuvad väärtuslikku teavet paneelide temperatuuri alandamise ja energiatootmise suurendamise kohta.
Kuna päikesepatareid, puhta energia saadikud, integreeruvad jätkuvalt meie ellu, toovad nad endaga kaasa uue laine vähese süsinikuheitega ja keskkonnasõbralikke lahendusi.
