Արդյո՞ք արևային մարտկոցները իսկապես արևապաշտպան են։

Արևային մարտկոցները ոչ մեխանիկական սարքեր են, որոնք օգտագործում են կիսահաղորդիչներ՝ արևի լույսը ֆոտովոլտային էֆեկտի միջոցով ուղղակիորեն էլեկտրաէներգիայի փոխակերպելու համար: Ինտուիտիվորեն մարդիկ կարող են մտածել, որ արևային մարտկոցները ծաղկում են ինտենսիվ արևի լույսի ներքո, բայց արդյո՞ք դա իսկապես այդպես է:

Մարդկությունը վաղուց է օգտագործել արևային էներգիան՝ այն փոխակերպելու երեք հիմնական եղանակով՝ ֆոտովոլտային փոխակերպում, ֆոտոջերմային փոխակերպում և ֆոտոքիմիական փոխակերպում: Ֆոտովոլտային (ՖՎ) էլեկտրաէներգիայի արտադրությունը, որը արևի լույսը փոխակերպում է էլեկտրաէներգիայի, արևային էներգիայի ամենաարդյունավետ օգտագործումներից մեկն է:

Ֆոտովոլտային էֆեկտն առաջին անգամ դիտարկվել է 1839 թվականին ֆրանսիացի գիտնական Էդմոն Բեքերելի կողմից, և այն վերաբերում է էլեկտրական պոտենցիալի առաջացմանը, երբ լույսը հարվածում է կիսահաղորդչի: Հետագայում Այնշտայնը բացատրեց այս էֆեկտը՝ օգտագործելով լույսի քվանտային տեսությունը, որը նրան բերեց ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակ 1921 թվականին:

Ի տարբերություն ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի, որն առաջանում է, երբ լույսը հարվածում է մեկ հաղորդչի, ֆոտովոլտային էֆեկտը տեղի է ունենում երկու կիսահաղորդչային թիթեղների սահմանին։ Երբ միացված է լարով, այս սահմանը ստեղծում է էլեկտրական դաշտ, որը թույլ է տալիս հոսանքին հոսել։

Այսպիսով, ինչպե՞ս են արևային մարտկոցները արևի լույսը վերածում էլեկտրականության: Արևի լույսը էլեկտրամագնիսական ճառագայթման լայն սպեկտր է: Երբ այն հարվածում է արևային մարտկոցին, ճառագայթումը կարող է անդրադարձվել, կլանվել կամ անցնել դրա միջով: Միայն կլանված ճառագայթումն է վերածվում էլեկտրական էներգիայի:

Սիլիցիումային կիսահաղորդիչների համար անհրաժեշտ է 1.11 էլեկտրոն վոլտ (էՎ) էներգիա՝ էլեկտրոնը իր ատոմից անջատելու համար: Միայն այս շեմից մեծ էներգիա ունեցող ֆոտոնները կարող են էլեկտրաէներգիա առաջացնել: Այնուամենայնիվ, ավելի բարձր էներգիայի ֆոտոններից ստացված ավելցուկային էներգիան կորչում է ջերմության տեսքով՝ նպաստելով արևային վահանակի տաքացմանը, որը կարող է բարձրացնել դրա ջերմաստիճանը շրջակա օդի ջերմաստիճանից բարձր:

Հակառակ տարածված կարծիքի, սիլիցիումային արևային մարտկոցները իրականում նախընտրում են ավելի զով միջավայրեր, չնայած նրանք դեռևս արևի լույսի կարիք ունեն: Ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց արևային մարտկոցները արտադրում են ավելի քիչ էներգիա, չնայած նույն քանակությամբ արևի լույս են ստանում:

Բարձր ջերմաստիճանները հիմնականում նվազեցնում են բաց միացման լարումը (լարումը, երբ հոսանք չկա), չնայած կարճ միացման հոսանքը (հոսանքը, երբ մարտկոցը կարճ միացված է) մնում է համեմատաբար կայուն: Սա նշանակում է, որ ավելի բարձր ջերմաստիճանները հանգեցնում են ավելի ցածր արդյունավետության և ելքային հզորության նվազման:

Արևային մարտկոցները սովորաբար փորձարկվում են 25°C (77°F) ստանդարտ ջերմաստիճանում: Երբ վահանակի ջերմաստիճանը հասնում է 60°C (140°F) կամ ավելի բարձրի, դրա ելքային հզորությունը զգալիորեն նվազում է: Ջերմաստիճանի յուրաքանչյուր աստիճանի բարձրացման դեպքում կարճ միացման հոսանքը մեծանում է ընդամենը 0.04%-ով, մինչդեռ բաց միացման լարումը նվազում է 0.4%-ով:

Չնայած ամռանը արդյունավետությունը նվազում է, այս եղանակին արևի լույսի առատությունը դեռևս հանգեցնում է ընդհանուր էներգիայի արտադրության ավելի բարձր մակարդակի՝ համեմատած մյուս եղանակների հետ։