Dengan popularisasi tenaga boleh diperbaharui, sel solar secara beransur-ansur menjadi salah satu sumber tenaga hijau yang paling penting. Walau bagaimanapun, ramai orang mungkin tidak menyedari bahawa kecekapan penjanaan kuasa dan penjanaan kuasa sel solar dipengaruhi oleh pelbagai faktor, yang paling penting ialah keadaan cahaya. Jadi, bagaimanakah keadaan cahaya mempengaruhi kuasa yang dijana oleh sel solar? Hari ini, kita akan mempopularkan topik ini.
1. keamatan cahaya dan penjanaan kuasa
Keamatan cahaya, secara ringkasnya, ialah kuasa sinaran cahaya matahari bagi setiap unit luas. Bagi sel suria, semakin tinggi keamatan cahaya, semakin banyak tenaga yang diterima oleh sel suria, dan semakin tinggi kuasa outputnya. Oleh itu, pada hari yang cerah dengan cahaya matahari yang kuat, kuasa yang dijana oleh sel suria biasanya lebih tinggi.
Kapasiti penjanaan kuasa sel fotovoltaik biasanya diukur di bawah keadaan ujian standard pada keamatan cahaya 1000 W/m², iaitu nilai standard yang digunakan di makmal untuk mensimulasikan cahaya siang yang cerah. Apabila keamatan cahaya meningkat, arus fotovoltaik dalam sel solar meningkat, yang seterusnya meningkatkan kuasa output; sebaliknya, jika keamatan cahaya berkurangan, contohnya pada hari mendung atau semasa waktu matahari terbenam, kuasa yang dijana oleh sel berkurangan dengan ketara.
Keamatan cahaya berubah-ubah sepanjang hari. Bermula pada awal pagi, matahari secara beransur-ansur terbit, keamatan cahaya juga meningkat secara beransur-ansur; pada tengah hari, keamatan cahaya mencapai nilai tertinggi; pada sebelah petang, apabila matahari secara beransur-ansur tenggelam di barat, keamatan cahaya secara beransur-ansur menjadi lemah sehingga matahari terbenam hilang sepenuhnya. Perubahan keamatan cahaya matahari ini secara langsung mempengaruhi penjanaan kuasa sel solar dalam sehari.
2. Sudut cahaya dan kecekapan penjanaan kuasa
Sudut cahaya juga akan memberi impak yang besar terhadap penjanaan kuasa sel solar. Apabila cahaya matahari tiba secara menegak pada permukaan sel solar, sel fotovoltaik boleh menyerap tenaga cahaya yang paling banyak, dan dengan itu penjanaan kuasa yang tertinggi; dan apabila cahaya matahari serong, sebahagian daripada cahaya akan dipantulkan, tenaga cahaya yang diserap oleh bateri berkurangan, dan penjanaan kuasa juga berkurangan.
Untuk memaksimumkan kecekapan penjanaan kuasa sel, banyak sistem solar dilengkapi dengan peranti pengesan matahari yang melaraskan sudut sel PV secara automatik mengikut kedudukan matahari untuk mengekalkan sudut tuju yang optimum. Teknologi ini telah berkesan dalam meningkatkan penjanaan kuasa keseluruhan sel PV.
3. Kesan tempoh cahaya terhadap penjanaan kuasa
Tempoh cahaya juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi penjanaan kuasa sel solar. Lebih lama waktu cahaya dalam sehari, lebih banyak jumlah elektrik yang boleh dijana oleh sel solar. Inilah sebabnya di latitud tinggi, sel solar menjana elektrik yang agak kurang disebabkan oleh waktu cahaya musim sejuk yang pendek, manakala di kawasan yang mempunyai waktu cahaya yang panjang, jumlah elektrik yang dijana sepanjang tahun adalah lebih tinggi.
Selain itu, perubahan bermusim juga mempengaruhi waktu cahaya. Contohnya, pada musim panas, apabila siang lebih panjang, sel solar dapat menjana elektrik untuk tempoh masa yang lebih lama; manakala pada musim sejuk, apabila siang lebih pendek, masa dan jumlah elektrik yang dijana secara semula jadi akan berkurangan.
4. Keadaan iklim dan prestasi fotovoltaik
Keadaan iklim juga boleh memberi kesan yang ketara terhadap kuasa yang dijana oleh sel solar. Dalam keadaan mendung dan berjerebu, sinaran matahari disekat oleh awan atau zarah terampai, yang membawa kepada pengurangan jumlah tenaga cahaya yang diterima oleh sel PV, dan kuasa yang dijana akan berkurangan dengan ketara. Di samping itu, hujan dan salji juga boleh menjejaskan penyerapan cahaya oleh panel PV, sekali gus mengurangkan prestasi penjanaan kuasa sel.
Menariknya, prestasi sel PV bukan sahaja bergantung pada kekuatan cahaya matahari, kadangkala cahaya matahari yang terlalu kuat mungkin bukan perkara yang baik. Contohnya, kecekapan penjanaan kuasa sel solar cenderung berkurangan di bawah keadaan suhu tinggi kerana peningkatan suhu meningkatkan rintangan di dalam sel, yang membawa kepada penjanaan kuasa yang lebih rendah. Inilah sebabnya, di sesetengah kawasan, orang ramai memastikan modul PV mereka lebih sejuk dengan menggunakan sistem penyejukan untuk meningkatkan kecekapan penjanaan kuasa mereka.
5. Kesan komposisi spektrum
Cahaya matahari terdiri daripada foton dengan panjang gelombang yang berbeza, yang dikenali sebagai spektrum. Sel suria menyerap panjang gelombang cahaya yang berbeza secara berbeza, dan variasi dalam komposisi spektrum juga boleh memberi kesan kepada kuasa yang dijana oleh sel suria. Secara amnya, sel PV mempunyai kecekapan penyerapan tertinggi untuk cahaya yang boleh dilihat dan penyerapan yang agak rendah untuk cahaya ultraungu dan inframerah. Oleh itu, prestasi penjanaan kuasa sel PV adalah lebih baik apabila terdapat lebih banyak komponen cahaya yang boleh dilihat dalam spektrum.
Apabila langit mendung, atau pada awal pagi dan petang, spektrum cahaya matahari berubah, dengan pengurangan komponen yang boleh dilihat dan peningkatan komponen inframerah, dan kecekapan penjanaan kuasa sel PV juga berkurangan. Untuk meningkatkan tindak balas spektrum sel fotovoltaik, beberapa kajian telah ditumpukan kepada pembangunan bahan yang mampu menyerap julat spektrum matahari yang lebih luas, seperti kalkogenida, yang telah menunjukkan sifat penyerapan cahaya yang lebih baik di bawah keadaan makmal.
6. Piawaian Ujian AM 1.5 G
Dalam pengujian sel fotovoltaik, adalah perkara biasa untuk menggunakan AM 1.5 G sebagai keadaan spektrum piawai. AM bermaksud Jisim Udara, dan AM 1.5 bermaksud laluan sinar matahari melalui atmosfera adalah satu setengah kali lebih panjang daripada laluan menegak langsung matahari melalui atmosfera. AM 1.5 G ialah piawaian yang digunakan secara meluas di seluruh dunia dan mewakili keadaan spektrum sinar matahari yang melalui atmosfera dan di permukaan bumi pada hari yang cerah, yang sepadan dengan keamatan cahaya kira-kira 1000 W/m². AM 1.5 G ialah piawaian yang digunakan secara global yang mewakili keadaan spektrum yang dihasilkan oleh cahaya yang melalui atmosfera dan ke permukaan Bumi pada hari yang cerah, dan sepadan dengan keamatan cahaya kira-kira 1000 W/m² dan keamatan bercahaya kira-kira 100,000 Lux.
Penggunaan AM 1.5 G memastikan keadaan ujian di makmal sedekat mungkin dengan keadaan sebenar bagi menilai prestasi sel solar dengan tepat dalam persekitaran harian.
7. Piawaian dan keamatan cahaya dalaman
Terdapat juga piawaian kebangsaan untuk keamatan cahaya dalaman. Contohnya, mengikut piawaian kebangsaan China yang berkaitan (contohnya, Piawaian Reka Bentuk Pencahayaan Bangunan GB 50033-2013), ruang dalaman untuk tujuan yang berbeza mempunyai keperluan cahaya yang berbeza. Secara amnya, tahap pencahayaan untuk persekitaran pejabat biasa hendaklah sekitar 300-500 Lux, manakala piawaian pencahayaan untuk bilik darjah sekolah adalah lebih tinggi, biasanya melebihi 500 Lux.
Bagi keamatan cahaya dalaman bagi setiap meter persegi, apabila ditukar kepada kuasa, ia biasanya antara 5-15 W/m², bergantung pada jenis sumber cahaya sebenar dan kecekapan cahaya. Keamatan cahaya ini jauh di bawah piawaian untuk cahaya matahari luar, tetapi mencukupi untuk aktiviti harian dan pencahayaan di dalam rumah.
8. Faktor persekitaran yang mempengaruhi keadaan cahaya
Selain faktor-faktor yang dinyatakan di atas, teduhan oleh bahan pencemar seperti habuk, najis burung, daun, dan sebagainya juga boleh menjejaskan keadaan cahaya sel PV, sekali gus mengurangkan kuasa yang dijana. Halangan-halangan ini akan menghalang sebahagian daripada cahaya matahari daripada sampai ke permukaan sel fotovoltaik, lalu membentuk apa yang dipanggil "kesan titik panas", iaitu suhu sel yang tersumbat meningkat, bukan sahaja mengurangkan kecekapan, malah boleh menyebabkan kerosakan pada sel.
Untuk mengelakkan perkara ini, sel PV perlu dibersihkan secara berkala bagi memastikan permukaan kekal bersih dan memaksimumkan penyerapan cahaya. Bagi sesetengah kawasan yang terletak di kawasan yang mempunyai banyak pasir dan habuk atau aktiviti burung yang kerap, memasang salutan pembersihan sendiri atau menyediakan sistem pembersihan adalah penyelesaian yang lebih berkesan.
9. Ringkasan
Keadaan cahaya merupakan salah satu faktor utama dalam menentukan kuasa yang dijana oleh sel solar. Keamatan cahaya, sudut tuju, tempoh cahaya, keadaan iklim dan komposisi spektrum semuanya mempunyai kesan yang ketara terhadap prestasi penjanaan kuasa sel PV. Untuk memaksimumkan jumlah kuasa yang dijana oleh sel solar, kita perlu mengambil kira keadaan pencahayaan ini dan mereka bentuk serta menyelenggara sistem PV dengan sewajarnya, seperti memasang pengesan matahari, membersihkan panel secara berkala dan mengekalkan suhu operasi yang betul.
Dengan mengoptimumkan reka bentuk dan aplikasi sel PV secara berterusan, kita boleh menggunakan tenaga solar dengan lebih cekap dan menyumbang secara positif kepada pencapaian akses sejagat kepada tenaga bersih dan mengurangkan pelepasan karbon.
