მზის ელემენტები არამექანიკური მოწყობილობებია, რომლებიც ნახევარგამტარებს იყენებენ მზის სინათლის პირდაპირ ელექტროენერგიად გარდასაქმნელად ფოტოელექტრული ეფექტის მეშვეობით. ინტუიციურად, ადამიანებმა შეიძლება იფიქრონ, რომ მზის ელემენტები ინტენსიური მზის ზემოქმედების ქვეშ ფუნქციონირებენ, მაგრამ მართლა ასეა?
კაცობრიობა დიდი ხანია იყენებს მზის ენერგიას მისი გარდაქმნის სამი ძირითადი გზით: ფოტოელექტრული გარდაქმნა, ფოტოთერმული გარდაქმნა და ფოტოქიმიური გარდაქმნა. ფოტოელექტრული (PV) ელექტროენერგიის გენერაცია, რომელიც მზის სინათლეს ელექტროენერგიად გარდაქმნის, მზის ენერგიის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური გამოყენებაა.
ფოტოელექტრული ეფექტი პირველად 1839 წელს ფრანგმა მეცნიერმა ედმონ ბეკერელმა დააკვირდა და ის ელექტრული პოტენციალის გენერაციას გულისხმობს, როდესაც სინათლე ნახევარგამტარს ხვდება. მოგვიანებით, აინშტაინმა ეს ეფექტი სინათლის კვანტური თეორიის გამოყენებით ახსნა, რამაც მას ფიზიკის დარგში 1921 წლის ნობელის პრემია მოუტანა.
ფოტოელექტრული ეფექტისგან განსხვავებით, რომელიც მაშინ ხდება, როდესაც სინათლე ერთ გამტარს ეჯახება, ფოტოელექტრული ეფექტი ორ ნახევარგამტარულ ფირფიტას შორის საზღვარზე ხდება. მავთულით შეერთებისას, ეს საზღვარი ქმნის ელექტრულ ველს, რაც დენის გავლას საშუალებას აძლევს.
მაშ, როგორ გარდაქმნიან მზის უჯრედები მზის სინათლეს ელექტროენერგიად? მზის სინათლე ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფართო სპექტრია. როდესაც ის მზის უჯრედს ხვდება, გამოსხივება შეიძლება აირეკლოს, შეიწოვოს ან გაიაროს. მხოლოდ შთანთქმული გამოსხივება გარდაიქმნება ელექტროენერგიად.
სილიციუმზე დაფუძნებული ნახევარგამტარებისთვის, ელექტრონის ატომიდან გამოსაყოფად საჭიროა 1.11 ელექტრონ ვოლტი (eV) ენერგია. ელექტროენერგიის გენერირება მხოლოდ ამ ზღურბლზე მეტი ენერგიის მქონე ფოტონებს შეუძლიათ. თუმცა, უფრო მაღალი ენერგიის ფოტონების ჭარბი ენერგია სითბოს სახით იკარგება, რაც ხელს უწყობს მზის პანელის გაცხელებას, რამაც შეიძლება მისი ტემპერატურა გარემოს ტემპერატურაზე მაღლა აწიოს.
გავრცელებული მოსაზრების საწინააღმდეგოდ, სილიკონზე დაფუძნებული მზის ელემენტები სინამდვილეში უფრო გრილ გარემოს ანიჭებენ უპირატესობას, მიუხედავად იმისა, რომ მათ მაინც სჭირდებათ მზის შუქი. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მზის პანელები ნაკლებ ენერგიას გამოიმუშავებენ, მიუხედავად იმისა, რომ იმავე რაოდენობის მზის სინათლეს იღებენ.
მაღალი ტემპერატურა ძირითადად ამცირებს ღია წრედის ძაბვას (ძაბვა, როდესაც დენი არ მიედინება), თუმცა მოკლე ჩართვის დენი (დენი, როდესაც უჯრედი მოკლედ არის ჩართვისას) შედარებით სტაბილური რჩება. ეს ნიშნავს, რომ უფრო მაღალი ტემპერატურა იწვევს ეფექტურობის შემცირებას და გამომავალი სიმძლავრის შემცირებას.
მზის ელემენტები, როგორც წესი, ტესტირება ხდება 25°C (77°F) სტანდარტულ ტემპერატურაზე. როდესაც პანელის ტემპერატურა 60°C (140°F) ან მეტს აღწევს, მისი გამომავალი სიმძლავრე მნიშვნელოვნად მცირდება. ტემპერატურის ყოველი გრადუსით მატებისას, მოკლე ჩართვის დენი იზრდება მხოლოდ 0.04%-ით, ხოლო ღია ჩართვის ძაბვა მცირდება 0.4%-ით.
მიუხედავად იმისა, რომ ზაფხულში ეფექტურობა იკლებს, ამ სეზონზე მზის სიმრავლე მაინც იწვევს ენერგიის უფრო მაღალ წარმოებას სხვა სეზონებთან შედარებით.
როგორ გავაგრილოთ მზის პანელები
სხვა ელექტრონული მოწყობილობების მსგავსად, მზის პანელები უკეთ მუშაობენ უფრო დაბალ ტემპერატურაზე. რადგან ისინი ენერგიის მისაღებად მზის სინათლეს ეყრდნობიან და არა სითბოს, ისინი საუკეთესოდ მუშაობენ ნათელ, მაგრამ გრილ პირობებში.
ზაფხულში მზის პანელების გასაგრილებლად, უნდა დავდგათ თუ არა საჩრდილობელი? რა თქმა უნდა, არა! მზის სხივების დაბლოკვა მზის პანელის დანიშნულებას გააუქმებს. რაც შეეხება მზისგან დამცავი კრემის წასმას? არა, ფიზიკური ბარიერების გამოყენება შეამცირებს სინათლის შთანთქმას და ქიმიური მეთოდები არ დაეხმარება ტემპერატურის დაწევას.
სახურავის მზის პანელების შემთხვევაში, ბუნებრივი ვენტილაცია მათი გაგრილებისთვის ეფექტური და ეკონომიური გზაა. პანელების დამონტაჟება მათსა და სახურავს შორის არსებული უფსკრულით ჰაერის ცირკულაციისა და პანელების გაგრილებისთვის საშუალებას იძლევა. თუმცა, მნიშვნელოვანია, რომ ფოთლები და ნარჩენები უფსკრულიდან მოარიდოთ, რათა ჰაერის ნაკადი შენარჩუნდეს და გადახურების თავიდან აცილება მოხდეს.
მკვლევრებმა ასევე შეისწავლეს გაგრილების სხვადასხვა მეთოდი მზის პანელების ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად. ბუნებრივი ვენტილაციის გარდა, შესწავლილია იძულებითი ჰაერით გაგრილება და ფოტოელექტრულ-თერმული გაგრილება (PVT), რაც ღირებულ ინფორმაციას გვაწვდის პანელების ტემპერატურის შემცირებისა და ენერგიის გამომუშავების გაზრდის შესახებ.
როდესაც მზის ელემენტები, სუფთა ენერგიის მატარებლები, აგრძელებენ ჩვენს ცხოვრებაში ინტეგრაციას, ისინი თან მოაქვთ დაბალნახშირბადიანი, ეკოლოგიურად სუფთა გადაწყვეტილებების ახალი ტალღა.
