Sólarsellur eru óvélræn tæki sem nota hálfleiðara til að umbreyta sólarljósi beint í rafmagn með sólarljósáhrifum. Fólk gæti haldið innsæisinslega að sólarsellur þrífist í sterku sólarljósi, en er það virkilega raunin?
Mannkynið hefur lengi nýtt sólarorku og eru þrjár meginleiðir til að umbreyta henni: sólarorkuumbreyting, ljósvarmaumbreyting og ljósefnafræðileg umbreyting. Ljósorkuframleiðsla (PV), sem breytir sólarljósi í rafmagn, er ein skilvirkasta notkun sólarorku.
Franski vísindamaðurinn Edmond Becquerel sá fyrst ljósorkuáhrif árið 1839 og þau vísa til myndunar rafspennu þegar ljós lendir á hálfleiðara. Síðar útskýrði Einstein þessi áhrif með skammtafræði ljóss, sem aflaði honum Nóbelsverðlaunanna í eðlisfræði árið 1921.
Ólíkt ljósvirkni, sem á sér stað þegar ljós lendir á einum leiðara, þá á sólarorkuáhrif sér stað á mörkum tveggja hálfleiðaraplata. Þegar þessi mörk eru tengd saman með vír mynda þau rafsvið sem gerir straumi kleift að flæða.
Hvernig breyta sólarsellur sólarljósi í rafmagn? Sólarljós er breitt svið rafsegulgeislunar. Þegar það lendir á sólarsellu getur geislunin endurkastast, gleypt sig í sig eða farið í gegn. Aðeins gleypt geislun breytist í raforku.
Fyrir hálfleiðara úr kísil þarf orku upp á 1,11 rafeindavolt (eV) til að losa rafeind frá atómi sínu. Aðeins ljóseindir með orku sem er meiri en þetta þröskuld geta myndað rafmagn. Hins vegar tapast umframorka frá ljóseindum með meiri orku sem hiti, sem stuðlar að upphitun sólarsellunnar, sem getur hækkað hitastig hennar upp fyrir umhverfisloftið.
Ólíkt því sem almennt er talið kjósa sólarsellur úr kísil í raun kaldara umhverfi, jafnvel þótt þær þurfi enn sólarljós. Þegar hitastig hækkar framleiða sólarsellur minni orku, þrátt fyrir að fá sama magn sólarljóss.
Hátt hitastig lækkar aðallega opna spennuna (spennuna þegar enginn straumur er í gangi), þó að skammhlaupsstraumurinn (straumurinn þegar skammhlaup er í rafhlöðunni) haldist tiltölulega stöðugur. Þetta þýðir að hærra hitastig leiðir til minni skilvirkni og minni afkösts.
Sólarsellur eru venjulega prófaðar við staðlað hitastig upp á 25°C (77°F). Þegar hitastig sólarrafhlöðu nær 60°C (140°F) eða hærra lækkar afköst hennar verulega. Fyrir hverja gráðu sem hitastigið hækkar eykst skammhlaupsstraumurinn aðeins um 0,04%, en spennan í opnu rás lækkar um 0,4%.
Jafnvel þótt skilvirkni minnki á sumrin, þá leiðir mikil sólarljós á þessum árstíma samt sem áður til meiri heildarorkuframleiðslu samanborið við aðrar árstíðir.
Hvernig á að kæla niður sólarplötur
Eins og önnur rafeindatæki virka sólarplötur betur við kaldara hitastig. Þar sem þær reiða sig frekar á sólarljós en hita fyrir orku, virka þær best við bjartar en svalar aðstæður.
Til að kæla sólarsellur á sumrin, ættum við að setja upp skjól? Auðvitað ekki! Að loka fyrir sólarljós myndi gera tilgang sólarsellu að engu. Hvað með að bera á sólarvörn? Nei, að nota efnislegar hindranir myndi draga úr ljósgleypni og efnafræðilegar aðferðir myndu ekki hjálpa til við að lækka hitastigið.
Fyrir sólarsellur á þökum er náttúruleg loftræsting áhrifarík og hagkvæm leið til að kæla þær. Að setja upp sellurnar með bili á milli þeirra og þaksins gerir lofti kleift að dreifast og kæla þær. Hins vegar er mikilvægt að halda laufum og rusli frá bilinu til að viðhalda loftflæði og koma í veg fyrir ofhitnun.
Rannsakendur hafa einnig rannsakað ýmsar kæliaðferðir til að bæta skilvirkni sólarsella. Auk náttúrulegrar loftræstingar hefur verið kannað hvort nota þarf loftkælingu eða sólarhitakælingu (PVT), sem veitir verðmæta innsýn í hvernig hægt er að lækka hitastig sólarrafhlöðu og auka orkuframleiðslu.
Þegar sólarsellur, sendiboðar hreinnar orku, halda áfram að samþætta sig í líf okkar, færa þær með sér nýja bylgju kolefnislítilra, umhverfisvænna lausna.
