Solceller er ikke-mekaniske enheter som bruker halvledere til å direkte konvertere sollys til elektrisitet gjennom den fotovoltaiske effekten. Intuitivt sett tror folk kanskje at solceller trives i intenst sollys, men er det virkelig tilfelle?
Menneskeheten har lenge brukt solenergi, og det finnes tre hovedmåter å konvertere den på: fotovoltaisk konvertering, fototermisk konvertering og fotokjemisk konvertering. Fotovoltaisk (PV) kraftproduksjon, som omdanner sollys til elektrisitet, er en av de mest effektive bruksområdene for solenergi.
Den fotovoltaiske effekten ble først observert i 1839 av den franske vitenskapsmannen Edmond Becquerel, og den refererer til genereringen av et elektrisk potensial når lys treffer en halvleder. Senere forklarte Einstein denne effekten ved hjelp av kvanteteorien om lys, som ga ham Nobelprisen i fysikk i 1921.
I motsetning til den fotoelektriske effekten, som oppstår når lys treffer en enkelt leder, skjer den fotovoltaiske effekten ved grensen mellom to halvlederplater. Når denne grensen er koblet sammen med en ledning, skaper den et elektrisk felt som lar strømmen flyte.
Så, hvordan omdanner solceller sollys til elektrisitet? Sollys er et bredt spekter av elektromagnetisk stråling. Når det treffer en solcelle, kan strålingen reflekteres, absorberes eller passere gjennom. Bare absorbert stråling omdannes til elektrisk energi.
For silisiumbaserte halvledere trengs en energi på 1,11 elektronvolt (eV) for å slå et elektron løs fra atomet sitt. Bare fotoner med energi større enn denne terskelen kan generere elektrisitet. Overskuddsenergi fra fotoner med høyere energi går imidlertid tapt som varme, noe som bidrar til oppvarming av solcellepanelet, noe som kan øke temperaturen over omgivelsesluften.
I motsetning til hva mange tror, foretrekker silisiumbaserte solceller faktisk kjøligere miljøer, selv om de fortsatt trenger sollys. Når temperaturen stiger, produserer solcellepaneler mindre energi, til tross for at de mottar samme mengde sollys.
Høye temperaturer reduserer hovedsakelig tomgangsspenningen (spenningen når det ikke flyter strøm), selv om kortslutningsstrømmen (strømmen når cellen er kortsluttet) forblir relativt stabil. Dette betyr at høyere temperaturer fører til lavere effektivitet og redusert utgangseffekt.
Solceller testes vanligvis ved en standardtemperatur på 25 °C (77 °F). Når panelets temperatur når 60 °C (140 °F) eller høyere, synker effekten betydelig. For hver grads temperaturøkning øker kortslutningsstrømmen med bare 0,04 %, mens tomgangsspenningen synker med 0,4 %.
Selv om effektiviteten synker om sommeren, resulterer rikelig med sollys i løpet av denne sesongen fortsatt i høyere total energiproduksjon sammenlignet med andre årstider.
Slik kjøler du ned solcellepaneler
Som andre elektroniske enheter, fungerer solcellepaneler bedre i kjøligere temperaturer. Siden de er avhengige av sollys snarere enn varme for strøm, fungerer de best under lyse, men kjølige forhold.
For å kjøle ned solcellepaneler om sommeren, bør vi sette opp en skygge? Selvfølgelig ikke! Å blokkere sollyset ville oppheve formålet med et solcellepanel. Hva med å bruke solkrem? Nei, å bruke fysiske barrierer ville redusere lysabsorpsjonen, og kjemiske metoder ville ikke bidra til å senke temperaturen.
For solcellepaneler på taket er naturlig ventilasjon en effektiv og økonomisk måte å kjøle dem ned på. Ved å installere panelene med et mellomrom mellom dem og taket, kan luften sirkulere og kjøle ned panelene. Det er imidlertid viktig å holde blader og rusk unna mellomrommet for å opprettholde luftstrømmen og forhindre overoppheting.
Forskere har også studert ulike kjølemetoder for å forbedre effektiviteten til solcellepaneler. I tillegg til naturlig ventilasjon har tvungen luftkjøling og solcelle-termisk kjøling (PVT) blitt utforsket, noe som gir verdifull innsikt i å senke paneltemperaturer og øke energiproduksjonen.
Etter hvert som solceller, utsendingene av ren energi, fortsetter å integreres i livene våre, bringer de med seg en ny bølge av lavkarbon-, miljøvennlige løsninger.
