Aurinkokennot ovat ei-mekaanisia laitteita, jotka käyttävät puolijohteita auringonvalon muuntamiseen suoraan sähköksi aurinkosähköilmiön avulla. Intuitiivisesti ihmiset saattavat ajatella, että aurinkokennot menestyvät voimakkaassa auringonvalossa, mutta onko asia todella näin?
Ihmiskunta on pitkään hyödyntänyt aurinkoenergiaa, ja sitä voidaan muuntaa kolmella päätavalla: aurinkosähköllä, fototermisellä ja fotokemiallisella muuntamisella. Aurinkosähkö (PV), joka muuntaa auringonvalon sähköksi, on yksi tehokkaimmista aurinkoenergian käyttötavoista.
Ranskalainen tiedemies Edmond Becquerel havaitsi ensimmäisen kerran aurinkosähköilmiön vuonna 1839, ja se viittaa sähköpotentiaalin syntymiseen, kun valo osuu puolijohteeseen. Myöhemmin Einstein selitti tämän ilmiön käyttämällä valon kvanttiteoriaa, joka toi hänelle vuoden 1921 Nobelin fysiikan palkinnon.
Toisin kuin valosähköinen ilmiö, joka tapahtuu, kun valo osuu yhteen johtimeen, aurinkosähköilmiö tapahtuu kahden puolijohdelevyn rajalla. Kun levyt yhdistetään langalla, tämä raja luo sähkökentän, joka mahdollistaa virran kulun.
Miten aurinkokennot sitten muuttavat auringonvalon sähköksi? Auringonvalo on laaja-alainen sähkömagneettinen säteily. Kun se osuu aurinkokennoon, säteily voi heijastua, absorboitua tai kulkea sen läpi. Vain absorboitunut säteily muuttuu sähköenergiaksi.
Piipohjaisissa puolijohteissa elektronin irrottamiseen atomista tarvitaan 1,11 elektronivoltin (eV) energia. Vain tätä kynnysarvoa suuremman energian omaavat fotonit voivat tuottaa sähköä. Korkeamman energian fotonien ylimääräinen energia kuitenkin häviää lämpönä, mikä osaltaan kuumentaa aurinkopaneelia, mikä voi nostaa sen lämpötilaa ympäröivän ilman lämpötilaa korkeammalle.
Toisin kuin yleisesti uskotaan, piipohjaiset aurinkokennot itse asiassa suosivat viileämpiä ympäristöjä, vaikka ne tarvitsevatkin auringonvaloa. Lämpötilan noustessa aurinkopaneelit tuottavat vähemmän energiaa, vaikka ne saavat saman määrän auringonvaloa.
Korkeat lämpötilat alentavat pääasiassa tyhjäkäyntijännitettä (jännitettä, kun virtaa ei kulje), vaikka oikosulkuvirta (virta, kun kenno on oikosulussa) pysyy suhteellisen vakaana. Tämä tarkoittaa, että korkeammat lämpötilat johtavat alhaisempaan hyötysuhteeseen ja pienempään lähtötehoon.
Aurinkokennoja testataan tyypillisesti 25 °C:n (77 °F) vakiolämpötilassa. Kun paneelin lämpötila saavuttaa 60 °C:n (140 °F) tai korkeamman, sen teho laskee merkittävästi. Jokainen lämpötilan nousu asteella lisää oikosulkuvirtaa vain 0,04 %, kun taas tyhjäkäyntijännite laskee 0,4 %.
Vaikka tehokkuus laskee kesällä, auringonvalon runsaus tänä vuodenaikana johtaa silti suurempaan energian kokonaistuotantoon verrattuna muihin vuodenaikoihin.
Kuinka jäähdyttää aurinkopaneeleja
Kuten muutkin elektroniset laitteet, aurinkopaneelit toimivat paremmin viileämmissä lämpötiloissa. Koska ne käyttävät auringonvaloa lämmön sijaan energiansaantiin, ne toimivat parhaiten kirkkaissa mutta viileissä olosuhteissa.
Pitäisikö meidän laittaa varjostin viilentääksemme aurinkopaneeleja kesällä? Tietenkin ei! Auringonvalon estäminen tekisi aurinkopaneelista hyödyttömän. Entä aurinkosuojan käyttö? Ei, fyysisten esteiden asettaminen vähentäisi valon imeytymistä, eivätkä kemialliset menetelmät auttaisi alentamaan lämpötilaa.
Katolle asennettavien aurinkopaneelien jäähdyttämiseen luonnollinen ilmanvaihto on tehokas ja taloudellinen tapa. Paneelien asentaminen siten, että niiden ja katon väliin jää rako, mahdollistaa ilman kiertämisen ja paneelien jäähdyttämisen. On kuitenkin tärkeää pitää lehdet ja roskat poissa raosta ilmavirran ylläpitämiseksi ja ylikuumenemisen estämiseksi.
Tutkijat ovat myös tutkineet erilaisia jäähdytysmenetelmiä aurinkopaneelien tehokkuuden parantamiseksi. Luonnollisen ilmanvaihdon lisäksi on tutkittu pakotettua ilmajäähdytystä ja aurinkosähkö-lämpöjäähdytystä (PVT), jotka tarjoavat arvokasta tietoa paneelien lämpötilojen alentamisesta ja energiantuotannon tehostamisesta.
Aurinkokennot, puhtaan energian lähettiläät, jatkavat integroitumista elämäämme, ja ne tuovat mukanaan uuden aallon vähähiilisiä ja ympäristöystävällisiä ratkaisuja.
