Með aukinni notkun endurnýjanlegrar orku hafa sólarsellur smám saman orðið ein mikilvægasta uppspretta grænnar orku. Hins vegar eru margir kannski ekki meðvitaðir um að orkunýtni og orkuframleiðsla sólarsella eru undir áhrifum ýmissa þátta, þar af eru birtuskilyrðin mikilvægust. Hvernig hafa birtuskilyrði áhrif á orkuframleiðslu sólarsella? Í dag munum við fjalla um þetta efni.
1. ljósstyrkur og orkuframleiðsla
Ljósstyrkur er, einfaldlega sagt, geislunarorka sólarljóss á hverja flatarmálseiningu. Fyrir sólarsellur, því meiri ljósstyrkur sem er, því meiri orku tekur sólarsellan við og því hærri er úttaksafl hennar. Þess vegna, á sólríkum dögum með sterku sólarljósi, er aflið sem sólarsellur framleiða venjulega meira.
Orkuframleiðslugeta sólarsellu er venjulega mæld við staðlaðar prófunaraðstæður við ljósstyrk upp á 1000 W/m², sem er staðlað gildi sem notað er í rannsóknarstofum til að líkja eftir sólríku dagsbirtu. Þegar ljósstyrkurinn eykst eykst sólarstraumurinn í sólarsellunni, sem aftur eykur úttaksafl; öfugt, ef ljósstyrkurinn minnkar, til dæmis á skýjuðum dögum eða við sólsetur, minnkar aflið sem sólarsellan framleiðir verulega.
Ljósstyrkur breytist yfir daginn. Snemma morguns rís sólin smám saman og ljósstyrkurinn eykst einnig smám saman; um hádegi nær ljósstyrkurinn hæsta gildi sínu; síðdegis, þegar sólin sekkur smám saman í vestri, minnkar ljósstyrkurinn smám saman þar til sólarlagið hverfur alveg. Þessi breyting á sólarljósstyrk hefur bein áhrif á orkuframleiðslu sólarsellunnar á sólarhringnum.
2. Ljóshorn og orkunýtni
Ljóshornið hefur einnig mikil áhrif á orkuframleiðslu sólarsellna. Þegar sólarljós fellur lóðrétt á yfirborð sólarsellunnar getur sólarsellan tekið í sig mesta ljósorku og þar með mesta orkuframleiðslu; og þegar sólarljósið er á ská endurkastast hluti ljóssins, ljósorkan sem rafhlaðan gleypir minnkar og orkuframleiðslan minnkar að sama skapi.
Til að hámarka orkuframleiðslugetu sólarrafhlöðanna eru mörg sólarorkukerfi búin sólarrakningartækjum sem stilla sjálfkrafa horn sólarrafhlöðanna eftir stöðu sólarinnar til að viðhalda bestu innfallshorni. Þessi tækni hefur reynst árangursrík við að auka heildarorkuframleiðslu sólarrafhlöðanna.
3. Áhrif ljóslengdar á orkuframleiðslu
Ljóslengd er einnig mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á orkuframleiðslu sólarsella. Því lengri sem ljósstundir eru á sólarhring, því meiri rafmagn getur sólarsella framleitt samanlagt. Þess vegna framleiða sólarsellur tiltölulega minni rafmagn á háum breiddargráðum vegna stuttra ljósstunda á veturna, en á svæðum með langa ljósstund er magn rafmagns sem framleitt er yfir árið meira.
Auk þessa hafa árstíðabundnar breytingar einnig áhrif á birtutíma. Til dæmis, á sumrin, þegar dagarnir eru lengri, geta sólarsellur framleitt rafmagn í lengri tíma; en á veturna, þegar dagarnir eru styttri, mun tíminn og heildarmagn raforkuframleiðslunnar náttúrulega minnka.
4. Loftslagsaðstæður og sólarorkuframleiðsla
Loftslagsaðstæður geta einnig haft veruleg áhrif á orkuframleiðslu sólarsella. Í skýjaðri og þokukenndri aðstæðum eru sólargeislarnir hindraðir af skýjum eða svifögnum, sem leiðir til minnkaðrar ljósorku sem sólarsellan tekur við og orkuframleiðslan minnkar verulega. Að auki geta rigning og snjór einnig haft áhrif á ljósgleypni sólarsella og dregið úr orkuframleiðslugetu þeirra.
Athyglisvert er að afköst sólarsella eru ekki aðeins háð styrk sólarljóssins, stundum er of sterkt sólarljós ekki gott. Til dæmis hefur orkunýtni sólarsella tilhneigingu til að minnka við hátt hitastig vegna þess að aukið hitastig eykur viðnámið inni í frumunni, sem leiðir til minni orkuframleiðslu. Þess vegna halda menn á sumum svæðum sólarsellum sínum kælum með því að nota kælikerfi til að auka orkunýtni þeirra.
5. Áhrif litrófssamsetningar
Sólarljós samanstendur af ljóseindum með mismunandi bylgjulengdum, þekkt sem litrófið. Sólarsellur gleypa mismunandi bylgjulengdir ljóss á mismunandi hátt og breytingar á litrófssamsetningu geta einnig haft áhrif á orkuframleiðslu sólarsellanna. Almennt séð hafa sólarsellur mesta frásogsnýtni fyrir sýnilegt ljós og tiltölulega litla frásog fyrir útfjólublátt og innrautt ljós. Þess vegna er orkuframleiðsla sólarsellanna betri þegar meira er af sýnilegu ljósi í litrófinu.
Þegar skýjað er, eða snemma morguns og kvölds, breytist litróf sólarljóssins, með minnkun á sýnilegum þætti og aukningu á innrauða þætti, og orkunýtni sólarsellunnar minnkar einnig í þessu tilfelli. Til að bæta litrófssvörun sólarsellna hefur verið rannsakað þróun efna sem geta gleypt breiðara svið sólarlitrófsins, svo sem kalkógeníð, sem hafa sýnt betri ljósgleypni við rannsóknarstofuaðstæður.
6. AM 1.5 G prófunarstaðall
Við prófanir á sólarsellum er algengt að nota AM 1.5 G sem staðlað litrófsskilyrði. AM stendur fyrir loftmassa og AM 1.5 þýðir að leið sólargeislanna í gegnum lofthjúpinn er einu og hálfu sinni lengri en bein lóðrétt leið sólarinnar í gegnum lofthjúpinn. AM 1.5 G er staðall sem er mikið notaður um allan heim og táknar litrófsskilyrði sólargeislanna sem fara í gegnum lofthjúpinn og á yfirborð jarðar á björtum degi, sem samsvarar ljósstyrk upp á um 1000 W/m². AM 1.5 G er alþjóðlega notaður staðall sem táknar litrófsskilyrði sem myndast þegar ljós fer í gegnum lofthjúpinn og á yfirborð jarðar á björtum degi og samsvarar ljósstyrk upp á um það bil 1000 W/m² og ljósstyrk upp á um það bil 100.000 Lux.
Notkun AM 1.5 G tryggir að prófunaraðstæður í rannsóknarstofunni séu eins svipaðar raunverulegum aðstæðum og mögulegt er til að meta nákvæmlega afköst sólarsellanna í daglegu umhverfi.
7. Lýsingarstaðlar og styrkleiki innanhúss
Einnig eru til innlendar staðlar fyrir ljósstyrk innanhúss. Til dæmis, samkvæmt viðeigandi innlendum stöðlum í Kína (t.d. byggingarlýsingarstaðall GB 50033-2013), eru mismunandi kröfur um ljós í innanhússrýmum sem eru notuð til mismunandi nota. Almennt séð ætti lýsingarstyrkur fyrir venjulegt skrifstofuumhverfi að vera í kringum 300-500 Lux, en lýsingarstyrkur fyrir skólastofur er hærri, venjulega yfir 500 Lux.
Þegar ljósstyrkur innandyra er umreiknaður í afl er hann yfirleitt á bilinu 5-15 W/m², allt eftir gerð ljósgjafa og ljósnýtni. Þessi ljósstyrkur er langt undir staðlinum fyrir sólarljós utandyra en nægir fyrir daglegar athafnir og lýsingu innandyra.
8. Umhverfisþættir sem hafa áhrif á birtuskilyrði
Auk þeirra þátta sem nefndir eru hér að ofan getur skuggaefni frá mengunarefnum eins og ryki, fuglaskít, laufum o.s.frv. einnig haft áhrif á birtuskilyrði sólarsellanna og þar með dregið úr orkuframleiðslu. Þessar hindranir koma í veg fyrir að hluti sólarljóssins nái til yfirborðs sólarsellunnar, sem leiðir til myndunar svokallaðra „heitra blettaáhrifa“, þ.e.a.s. að hitastig stífluðu seljunnar eykst, sem dregur ekki aðeins úr skilvirkni heldur getur einnig valdið skemmdum á seljunni.
Til að koma í veg fyrir þetta þarf að þrífa sólarsellur reglulega til að tryggja að yfirborðið haldist hreint og til að hámarka ljósgleypni. Fyrir sum svæði þar sem er mikið af sandi og ryki eða fuglalíf er algengara að setja upp sjálfhreinsandi húðun eða setja upp hreinsikerfi.
9. Yfirlit
Ljósskilyrði eru einn af lykilþáttunum í því að ákvarða orkuframleiðslu sólarsella. Ljósstyrkur, innfallshorn, lengd ljóss, loftslagsskilyrði og litrófssamsetning hafa öll veruleg áhrif á orkuframleiðslugetu sólarsella. Til að hámarka orkuframleiðslu sólarsella þarf að taka tillit til þessara birtuskilyrða og hanna og viðhalda sólarorkukerfinu á viðeigandi hátt, svo sem með því að setja upp sólarramma, þrífa sólarsellur reglulega og viðhalda réttu hitastigi.
Með því að stöðugt fínstilla hönnun og notkun sólarsella getum við nýtt sólarorku á skilvirkari hátt og lagt jákvætt af mörkum til að ná almennum aðgangi að hreinni orku og draga úr kolefnislosun.
