Uusiutuvan energian yleistyessä aurinkokennoista on vähitellen tullut yksi tärkeimmistä vihreän energian lähteistä. Monet ihmiset eivät kuitenkaan ehkä ole tietoisia siitä, että aurinkokennojen sähköntuotantotehokkuuteen ja sähköntuotantoon vaikuttavat useat tekijät, joista tärkein on valaistusolosuhteet. Joten miten valaistusolosuhteet vaikuttavat aurinkokennojen tuottamaan energiaan? Tänään teemme tästä aiheesta tunnetun.
1. valon voimakkuus ja sähköntuotanto
Valon intensiteetti on yksinkertaisesti sanottuna auringonvalon säteilyteho pinta-alayksikköä kohti. Aurinkokennoilla, mitä suurempi valon intensiteetti, sitä enemmän energiaa aurinkokenno vastaanottaa ja sitä suurempi on sen lähtöteho. Siksi aurinkoisina päivinä, jolloin auringonvalo on voimakasta, aurinkokennojen tuottama teho on yleensä suurempi.
Aurinkosähkökennon sähköntuotantokapasiteetti mitataan yleensä vakio-olosuhteissa 1000 W/m²:n valonvoimakkuudella, joka on laboratorioissa käytetty vakioarvo aurinkoisen päivänvalon simulointiin. Kun valonvoimakkuus kasvaa, aurinkokennon aurinkosähkövirta kasvaa, mikä puolestaan lisää lähtötehoa. Käänteisesti, jos valonvoimakkuus laskee esimerkiksi pilvisinä päivinä tai auringonlaskun aikaan, kennon tuottama teho laskee merkittävästi.
Valon intensiteetti vaihtelee päivän aikana. Aamulla aurinko nousee vähitellen, ja myös valon intensiteetti kasvaa vähitellen; keskipäivällä valon intensiteetti saavuttaa korkeimman arvonsa; iltapäivällä auringon laskiessa vähitellen länteen valon intensiteetti heikkenee vähitellen, kunnes auringonlasku katoaa kokonaan. Tämä auringonvalon intensiteetin muutos vaikuttaa suoraan aurinkokennojen energiantuotantoon päivän aikana.
2. Valokulma ja sähköntuotannon hyötysuhde
Myös valokulmalla on suuri vaikutus aurinkokennojen sähköntuotantoon. Kun auringonvalo osuu pystysuoraan aurinkokennon pintaan, aurinkokenno voi absorboida eniten valoenergiaa ja siten tuottaa eniten sähköä; ja kun auringonvalo on vinossa, osa valosta heijastuu, akun absorboima valoenergia vähenee ja sähköntuotanto vähenee vastaavasti.
Kennojen sähköntuotantotehokkuuden maksimoimiseksi monet aurinkojärjestelmät on varustettu auringonseurantalaitteilla, jotka säätävät automaattisesti aurinkokennojen kulmaa auringon sijainnin mukaan optimaalisen tulokulman ylläpitämiseksi. Tämä tekniikka on ollut tehokas aurinkokennojen kokonaissähköntuotannon lisäämisessä.
3. Valon keston vaikutus sähköntuotantoon
Valon kesto on myös tärkeä tekijä, joka vaikuttaa aurinkokennojen sähköntuotantoon. Mitä pidempi on päivän valoisa aika, sitä enemmän aurinkokenno voi tuottaa sähköä kokonaisuudessaan. Tästä syystä korkeilla leveysasteilla aurinkokennot tuottavat suhteellisen vähemmän sähköä lyhyiden talvisten valoisien tuntien vuoksi, kun taas alueilla, joilla on pitkät valoisat tunnit, vuoden aikana tuotetun sähkön määrä on suurempi.
Tämän lisäksi vuodenaikojen vaihtelut vaikuttavat myös valoisien tuntien pituuteen. Esimerkiksi kesällä, kun päivät ovat pidempiä, aurinkokennot pystyvät tuottamaan sähköä pidemmän aikaa, kun taas talvella, kun päivät ovat lyhyempiä, tuotetun sähkön määrä ja kokonaismäärä luonnollisesti lyhenevät.
4. Ilmasto-olosuhteet ja aurinkosähkön suorituskyky
Myös ilmasto-olosuhteet voivat vaikuttaa merkittävästi aurinkokennojen tuottamaan energiaan. Pilvisellä ja utuisella säällä pilvet tai leijuvat hiukkaset estävät auringonsäteitä pääsemästä läpi, mikä johtaa aurinkokennon vastaanottaman valoenergian vähenemiseen ja tuotetun energian määrän vähenemiseen merkittävästi. Lisäksi sade ja lumi voivat vaikuttaa aurinkopaneelien valon absorptioon, mikä heikentää kennojen energiantuotantoa.
Mielenkiintoista kyllä, aurinkokennojen suorituskyky ei riipu pelkästään auringonvalon voimakkuudesta, joskus liian voimakas auringonvalo ei ole hyvä asia. Esimerkiksi aurinkokennojen sähköntuotantotehokkuus heikkenee korkeissa lämpötiloissa, koska kohonnut lämpötila lisää kennon sisäistä vastusta, mikä johtaa pienempään sähköntuotantoon. Tästä syystä joillakin alueilla ihmiset pitävät aurinkopaneelinsa viileämpinä käyttämällä jäähdytysjärjestelmiä sähköntuotantotehokkuuden parantamiseksi.
5. Spektrikoostumuksen vaikutus
Auringonvalo koostuu eri aallonpituuksilla olevista fotoneista, joita kutsutaan spektriksi. Aurinkokennot absorboivat valon eri aallonpituuksia eri tavoin, ja spektrikoostumuksen vaihtelut voivat myös vaikuttaa aurinkokennojen tuottamaan tehoon. Yleisesti ottaen aurinkokennoissa on paras absorptioteho näkyvälle valolle ja suhteellisen alhainen ultravioletti- ja infrapunavalon absorptio. Siksi aurinkokennojen sähköntuotantokyky on parempi, kun spektrissä on enemmän näkyvän valon komponenttia.
Kun taivas on pilvinen tai aikaisin aamulla ja illalla, auringonvalon spektri muuttuu siten, että näkyvä komponentti pienenee ja infrapunakomponentti kasvaa, ja aurinkokennon sähköntuotantotehokkuus laskee myös tässä tapauksessa. Aurinkosähkökennojen spektrivasteen parantamiseksi on tutkittu materiaalien kehittämistä, jotka kykenevät absorboimaan laajemman alueen auringon spektriä, kuten kalkogenideja, jotka ovat osoittaneet parempia valoa absorboivia ominaisuuksia laboratorio-olosuhteissa.
6. AM 1,5 G -testistandardi
Aurinkosähkökennojen testauksessa on yleistä käyttää AM 1.5 G:tä spektriarvon standardina. AM on lyhenne sanoista Air Mass (ilmamassa) ja AM 1.5 tarkoittaa, että auringonsäteiden matka ilmakehän läpi on puolitoista kertaa pidempi kuin auringon suora pystysuora matka ilmakehän läpi. AM 1.5 G on maailmanlaajuisesti laajalti käytetty standardi, ja se edustaa ilmakehän läpi ja maan pinnalle kirkkaana päivänä kulkevien auringonsäteiden spektriarvoa, joka vastaa noin 1000 W/m²:n valonvoimakkuutta. AM 1.5 G on maailmanlaajuisesti käytetty standardi, joka edustaa ilmakehän läpi ja maan pinnalle kulkevan valon tuottamia spektriarvoja kirkkaana päivänä ja vastaa noin 1000 W/m²:n valonvoimakkuutta ja noin 100 000 luksin valovoimaa.
AM 1.5 G:n käyttö varmistaa, että laboratorion testiolosuhteet ovat mahdollisimman lähellä todellisia olosuhteita, jotta aurinkokennojen suorituskykyä voidaan arvioida tarkasti jokapäiväisissä ympäristöissä.
7. Sisävalaistuksen standardit ja voimakkuus
Sisätilojen valon voimakkuudelle on myös kansallisia standardeja. Esimerkiksi Kiinan asiaankuuluvien kansallisten standardien (esim. Building Lighting Design Standard GB 50033-2013) mukaan eri tarkoituksiin käytettävillä sisätiloilla on erilaiset valaistusvaatimukset. Yleisesti ottaen tavallisen toimistoympäristön valaistusvoimakkuuden tulisi olla noin 300–500 luksia, kun taas koululuokkahuoneen valaistusvoimakkuusstandardi on korkeampi, yleensä yli 500 luksia.
Sisätilojen valonvoimakkuus neliömetriä kohden tehoksi muunnettuna on yleensä 5–15 W/m² riippuen käytetystä valonlähteestä ja valotehokkuudesta. Tämä valonvoimakkuus on huomattavasti ulkoilman auringonvalolle asetettua standardia alhaisempi, mutta riittävä päivittäisiin toimintoihin ja sisävalaistukseen.
8. Valo-olosuhteisiin vaikuttavat ympäristötekijät
Edellä mainittujen tekijöiden lisäksi myös epäpuhtauksien, kuten pölyn, lintujen ulosteiden, lehtien jne., aiheuttama varjostus voi vaikuttaa aurinkokennojen valaistusolosuhteisiin ja siten vähentää tuotettua tehoa. Nämä esteet estävät osan auringonvalosta pääsemästä aurinkokennon pintaan, jolloin muodostuu niin sanottu "kuuman pisteen vaikutus", eli tukkeutuneen kennon lämpötila nousee. Tämä ei ainoastaan vähennä tehokkuutta, vaan voi myös vahingoittaa kennoa.
Tämän estämiseksi aurinkokennot on puhdistettava säännöllisesti pinnan puhtauden varmistamiseksi ja valon absorption maksimoimiseksi. Joillakin alueilla, joilla on paljon hiekkaa ja pölyä tai usein lintuja, itsepuhdistuvan pinnoitteen asentaminen tai puhdistusjärjestelmän käyttöönotto ovat molemmat tehokkaampia ratkaisuja.
9. Yhteenveto
Valaistusolosuhteet ovat yksi keskeisistä tekijöistä, jotka vaikuttavat aurinkokennojen tuottamaan tehoon. Valon voimakkuus, tulokulma, valon kesto, ilmastolliset olosuhteet ja spektrikoostumus vaikuttavat kaikki merkittävästi aurinkokennojen sähköntuotantokykyyn. Aurinkokennojen tuottaman sähkön määrän maksimoimiseksi meidän on otettava nämä valaistusolosuhteet huomioon ja suunniteltava ja huollettava aurinkosähköjärjestelmää asianmukaisesti, kuten asentamalla aurinkoseurantalaite, puhdistamalla paneelit säännöllisesti ja ylläpitämällä oikeaa käyttölämpötilaa.
Optimoimalla jatkuvasti aurinkokennojen suunnittelua ja käyttöä voimme hyödyntää aurinkoenergiaa tehokkaammin ja edistää puhtaan energian yleistä saatavuutta sekä hiilidioksidipäästöjen vähentämistä.
