Сончевите ќелии се немеханички уреди кои користат полупроводници за директно претворање на сончевата светлина во електрична енергија преку фотоволтаичниот ефект. Интуитивно, луѓето би можеле да мислат дека соларните ќелии напредуваат под интензивна сончева светлина, но дали е тоа навистина случај?
Човештвото долго време ја користи сончевата енергија, со три главни начини за нејзино претворање: фотоволтаична конверзија, фототермална конверзија и фотохемиска конверзија. Производството на фотоволтаична (PV) енергија, која ја претвора сончевата светлина во електрична енергија, е една од најефикасните употреби на сончевата енергија.
Фотоволтаичниот ефект првпат е забележан во 1839 година од францускиот научник Едмон Бекерел, и се однесува на генерирање на електричен потенцијал кога светлината ќе допре до полупроводник. Подоцна, Ајнштајн го објаснил овој ефект користејќи ја квантната теорија на светлината, која му ја донесе Нобеловата награда за физика во 1921 година.
За разлика од фотоелектричниот ефект, кој се јавува кога светлината удира во еден проводник, фотоволтаичниот ефект се јавува на границата помеѓу две полупроводнички плочи. Кога се поврзани со жица, оваа граница создава електрично поле, дозволувајќи струјата да тече.
Значи, како сончевите ќелии ја претвораат сончевата светлина во електрична енергија? Сончевата светлина е широк спектар на електромагнетно зрачење. Кога ќе удри во сончева ќелија, зрачењето може да се одбие, апсорбира или помине низ него. Само апсорбираното зрачење се претвора во електрична енергија.
За полупроводници базирани на силициум, потребна е енергија од 1,11 електронски волти (eV) за да се ослободи електрон од неговиот атом. Само фотони со енергија поголема од овој праг можат да генерираат електрична енергија. Сепак, вишокот енергија од фотони со повисока енергија се губи како топлина, придонесувајќи за загревање на сончевиот панел, што може да ја зголеми неговата температура над температурата на амбиентниот воздух.
Спротивно на популарното верување, соларните ќелии базирани на силициум всушност претпочитаат постудени средини, иако сè уште им е потребна сончева светлина. Со зголемувањето на температурите, соларните панели произведуваат помалку енергија, и покрај тоа што примаат иста количина сончева светлина.
Високите температури главно го намалуваат напонот на отворено коло (напонот кога нема струја), иако струјата на краток спој (струјата кога ќелијата е кратко споена) останува релативно стабилна. Ова значи дека повисоките температури водат до помала ефикасност и намалена излезна моќност.
Сончевите ќелии обично се тестираат на стандардна температура од 25°C (77°F). Кога температурата на панелот ќе достигне 60°C (140°F) или повисока, неговата излезна моќност значително се намалува. За секој степен зголемување на температурата, струјата на краток спој се зголемува само за 0,04%, додека напонот на празен од се намалува за 0,4%.
Иако ефикасноста опаѓа во текот на летото, изобилството на сончева светлина во текот на оваа сезона сепак резултира со поголемо вкупно производство на енергија во споредба со другите сезони.
Како да се изладат соларните панели
Како и другите електронски уреди, соларните панели работат подобро на пониски температури. Бидејќи се потпираат на сончева светлина, а не на топлина, тие најдобро функционираат во светли, но ладни услови.
За да ги разладиме соларните панели во текот на летото, дали треба да поставиме сенка? Секако дека не! Блокирањето на сончевата светлина би ја поништило намената на соларниот панел. Што е со нанесувањето крема за сончање? Не, нанесувањето физички бариери би ја намалило апсорпцијата на светлина, а хемиските методи не би помогнале во намалувањето на температурата.
За кровните соларни панели, природната вентилација е ефикасен и економичен начин за нивно ладење. Инсталирањето на панелите со простор меѓу нив и покривот овозможува циркулација на воздухот и ладење на панелите. Сепак, важно е лисјата и остатоците да се држат подалеку од просторот за да се одржи протокот на воздух и да се спречи прегревање.
Истражувачите, исто така, проучувале различни методи на ладење за да ја подобрат ефикасноста на соларните панели. Покрај природната вентилација, истражено е и присилно ладење со воздух и фотоволтаично-термално ладење (PVT), што нуди вредни сознанија за намалување на температурите на панелите и зголемување на производството на енергија.
Како што соларните ќелии, емисарите на чистата енергија, продолжуваат да се интегрираат во нашите животи, тие со себе носат нов бран на нискојаглеродни, еколошки решенија.
