Saules baterijas ir nemehāniskas ierīces, kas izmanto pusvadītājus, lai tieši pārveidotu saules gaismu elektrībā, izmantojot fotoelektrisko efektu. Intuitīvi cilvēki varētu domāt, ka saules baterijas zeļ intensīvā saules gaismā, bet vai tā tiešām ir?
Cilvēce jau izsenis izmanto saules enerģiju, un ir trīs galvenie veidi, kā to pārveidot: fotoelektriskā konversija, fototermālā konversija un fotoķīmiskā konversija. Fotoelektriskās (FV) enerģijas ražošana, kas saules gaismu pārvērš elektrībā, ir viens no efektīvākajiem saules enerģijas izmantošanas veidiem.
Fotoelektrisko efektu pirmo reizi 1839. gadā novēroja franču zinātnieks Edmons Bekerels, un tas attiecas uz elektriskā potenciāla ģenerēšanu, kad gaisma skar pusvadītāju. Vēlāk Einšteins šo efektu izskaidroja, izmantojot gaismas kvantu teoriju, par kuru viņš 1921. gadā saņēma Nobela prēmiju fizikā.
Atšķirībā no fotoelektriskā efekta, kas rodas, kad gaisma ietriecas vienā vadītājā, fotoelektriskais efekts notiek uz robežas starp divām pusvadītāju plāksnēm. Kad tās ir savienotas ar vadu, šī robeža rada elektrisko lauku, ļaujot strāvai plūst.
Tātad, kā saules baterijas pārvērš saules gaismu elektrībā? Saules gaisma ir plaša spektra elektromagnētiskais starojums. Kad tā skar saules bateriju, starojums var tikt atstarots, absorbēts vai iziet cauri. Tikai absorbētais starojums tiek pārvērsts elektriskajā enerģijā.
Silīcija bāzes pusvadītājiem elektrona atbrīvošanai no atoma ir nepieciešama 1,11 elektronvoltu (eV) enerģija. Tikai fotoni ar enerģiju, kas pārsniedz šo slieksni, var radīt elektrību. Tomēr augstākas enerģijas fotonu liekā enerģija tiek zaudēta siltuma veidā, veicinot saules paneļa uzkaršanu, kas var paaugstināt tā temperatūru virs apkārtējā gaisa temperatūras.
Pretēji izplatītajam uzskatam, uz silīcija bāzes veidotās saules baterijas patiesībā dod priekšroku vēsākai videi, lai gan tām joprojām ir nepieciešama saules gaisma. Temperatūrai paaugstinoties, saules paneļi saražo mazāk enerģijas, neskatoties uz to, ka saņem tādu pašu saules gaismas daudzumu.
Augsta temperatūra galvenokārt samazina tukšgaitas spriegumu (spriegumu, kad strāva neplūst), lai gan īsslēguma strāva (strāva, kad elements ir īsslēgts) saglabājas relatīvi stabila. Tas nozīmē, ka augstāka temperatūra samazina efektivitāti un izejas jaudu.
Saules baterijas parasti tiek testētas standarta temperatūrā 25 °C (77 °F). Kad paneļa temperatūra sasniedz 60 °C (140 °F) vai augstāku, tā jauda ievērojami samazinās. Par katru temperatūras paaugstināšanās grādu īsslēguma strāva palielinās tikai par 0,04 %, savukārt tukšgaitas spriegums samazinās par 0,4 %.
Lai gan vasarā efektivitāte samazinās, saules gaismas pārpilnība šajā sezonā joprojām nodrošina lielāku kopējo enerģijas ražošanu salīdzinājumā ar citiem gadalaikiem.
Kā atdzesēt saules paneļus
Tāpat kā citas elektroniskas ierīces, saules paneļi darbojas labāk vēsākā temperatūrā. Tā kā enerģijas iegūšanai tie izmanto saules gaismu, nevis siltumu, tie vislabāk darbojas gaišos, bet vēsos apstākļos.
Lai vasarā atdzesētu saules paneļus, vai mums vajadzētu uzlikt ēnu? Protams, nē! Saules gaismas bloķēšana padarītu saules paneļa jēgu zudusi. Kā ar saules aizsargkrēma lietošanu? Nē, fizisku barjeru uzlikšana samazinātu gaismas absorbciju, un ķīmiskās metodes nepalīdzētu pazemināt temperatūru.
Dabiskā ventilācija ir efektīvs un ekonomisks veids, kā atdzesēt saules paneļus uz jumta. Uzstādot paneļus ar atstarpi starp tiem un jumtu, gaiss var cirkulēt un paneļi var atdzist. Tomēr ir svarīgi neļaut lapām un gružiem iekļūt spraugā, lai uzturētu gaisa plūsmu un novērstu pārkaršanu.
Pētnieki ir pētījuši arī dažādas dzesēšanas metodes, lai uzlabotu saules paneļu efektivitāti. Papildus dabiskajai ventilācijai ir izpētīta piespiedu gaisa dzesēšana un fotoelektriskā-termiskā dzesēšana (PVT), kas sniedz vērtīgu ieskatu paneļu temperatūras pazemināšanā un enerģijas ražošanas palielināšanā.
Saules baterijām, tīras enerģijas vēstnešiem, turpinot integrēties mūsu dzīvē, tās nes sev līdzi jaunu mazoglekļa, videi draudzīgu risinājumu vilni.
