Med populariseringen av fornybar energi har solceller gradvis blitt en av de viktigste kildene til grønn energi. Imidlertid er mange kanskje ikke klar over at kraftproduksjonseffektiviteten og kraftproduksjonen til solceller påvirkes av en rekke faktorer, hvorav den viktigste er lysforholdene. Så, hvordan påvirker lysforholdene strømmen som genereres av solceller? I dag skal vi popularisere dette emnet.
1. lysintensitet og kraftproduksjon
Enkelt sagt er lysintensiteten sollysets strålingskraft per arealenhet. For solceller gjelder følgende: Jo høyere lysintensitet, desto mer energi mottar solcellen, desto høyere er utgangseffekten. Derfor er effekten som genereres av solceller vanligvis høyere på solfylte dager med sterkt sollys.
Kraftproduksjonskapasiteten til en solcelle måles vanligvis under standard testforhold ved en lysintensitet på 1000 W/m², som er standardverdien som brukes i laboratorier for å simulere solskinn. Når lysintensiteten øker, øker den solfylte strømmen i solcellen, noe som igjen øker utgangseffekten. Omvendt, hvis lysintensiteten avtar, for eksempel på overskyede dager eller i solnedgangstimer, avtar effekten som genereres av cellen betydelig.
Lysintensiteten varierer i løpet av dagen. Fra tidlig morgen står solen gradvis opp, og lysintensiteten øker også gradvis. Ved middagstid når lysintensiteten sin høyeste verdi. Om ettermiddagen, når solen gradvis synker i vest, svekkes lysintensiteten gradvis inntil solnedgangen forsvinner helt. Denne endringen i sollysintensitet påvirker direkte solcellenes strømproduksjon i løpet av en dag.
2. Lysvinkel og effektiv kraftproduksjon
Lysvinkelen vil også ha stor innvirkning på solcellenes kraftproduksjon. Når sollyset faller vertikalt på overflaten av solcellen, kan solcellen absorbere mest lysenergi, og dermed den høyeste kraftproduksjonen; og når sollyset er skrått, vil deler av lyset reflekteres, lysenergien som absorberes av batteriet reduseres, og kraftproduksjonen reduseres tilsvarende.
For å maksimere cellenes kraftproduksjonseffektivitet er mange solcelleanlegg utstyrt med solsporingsenheter som automatisk justerer vinkelen på PV-cellene i henhold til solens posisjon for å opprettholde den optimale innfallsvinkelen. Denne teknologien har vært effektiv for å øke den totale kraftproduksjonen fra PV-celler.
3. Lysets varighets innvirkning på kraftproduksjon
Lysvarighet er også en viktig faktor som påvirker kraftproduksjonen til solceller. Jo lenger lystimene på et døgn, desto mer total strøm kan en solcelle generere. Dette er grunnen til at solceller genererer relativt mindre strøm på høye breddegrader på grunn av korte lystimer om vinteren, mens i områder med lange lystimer er mengden strøm som genereres gjennom året høyere.
I tillegg til dette påvirker sesongmessige endringer også lystimene. For eksempel, om sommeren, når dagene er lengre, kan solceller generere strøm over en lengre periode; mens om vinteren, når dagene er kortere, vil tiden og den totale mengden strøm som genereres naturlig reduseres.
4. Klimaforhold og solcelleytelse
Klimaforhold kan også ha en betydelig innvirkning på strømmen som genereres av solceller. Under overskyet og disig forhold blokkeres solstrålene av skyer eller svevende partikler, noe som fører til en reduksjon i mengden lysenergi som mottas av PV-cellen, og den genererte strømmen vil bli betydelig redusert. I tillegg kan regn og snø også påvirke absorpsjonen av lys fra PV-paneler, noe som reduserer cellenes kraftproduksjonsytelse.
Interessant nok avhenger ikke ytelsen til PV-celler bare av sollysets styrke; noen ganger er for sterkt sollys ikke bra. For eksempel har solceller en tendens til å synke i høye temperaturer fordi den økte temperaturen øker motstanden inne i cellen, noe som fører til lavere strømproduksjon. Dette er grunnen til at folk i noen områder holder PV-modulene sine kjøligere ved å bruke kjølesystemer for å øke strømproduksjonseffektiviteten.
5. Effekt av spektral sammensetning
Sollys består av fotoner med forskjellige bølgelengder, kjent som spekteret. Solceller absorberer forskjellige bølgelengder av lys forskjellig, og variasjoner i spektral sammensetning kan også påvirke effekten som genereres av solceller. Generelt har PV-celler den høyeste absorpsjonseffektiviteten for synlig lys og relativt lav absorpsjon for ultrafiolett og infrarødt lys. Derfor er kraftproduksjonsytelsen til PV-celler bedre når det er mer synlig lyskomponent i spekteret.
Når himmelen er overskyet, eller tidlig om morgenen og kvelden, endres sollysspekteret, med en reduksjon i den synlige komponenten og en økning i den infrarøde komponenten, og kraftproduksjonseffektiviteten til PV-cellen reduseres også i dette tilfellet. For å forbedre den spektrale responsen til solceller har det blitt viet noe forskning til utvikling av materialer som er i stand til å absorbere et bredere spekter av solens spektrum, for eksempel kalkogenider, som har vist bedre lysabsorberende egenskaper under laboratorieforhold.
6. AM 1,5 G teststandard
I testing av solceller er det vanlig å bruke AM 1,5 G som standard spektraltilstand. AM står for luftmasse, og AM 1,5 betyr at solstrålenes bane gjennom atmosfæren er halvannen ganger lengre enn solens direkte vertikale bane gjennom atmosfæren. AM 1,5 G er en standard som er mye brukt over hele verden og representerer den spektrale tilstanden til solstrålene som passerer gjennom atmosfæren og på jordoverflaten på en klar dag, noe som tilsvarer en lysintensitet på omtrent 1000 W/m². AM 1,5 G er en globalt brukt standard som representerer de spektrale forholdene som produseres av lys som passerer gjennom atmosfæren og ned på jordoverflaten på en klar dag, og tilsvarer en lysintensitet på omtrent 1000 W/m² og en lysintensitet på omtrent 100 000 Lux.
Bruken av AM 1.5 G sikrer at testforholdene i laboratoriet er så nærme de faktiske forholdene som mulig, slik at man nøyaktig kan vurdere solcellenes ytelse i hverdagsmiljøer.
7. Standarder og intensitet for innendørs lys
Det finnes også nasjonale standarder for innendørs lysintensitet. For eksempel, i henhold til Kinas relevante nasjonale standarder (f.eks. Building Lighting Design Standard GB 50033-2013), har innendørsrom for ulike formål ulike lyskrav. Generelt sett bør belysningsnivået for et vanlig kontormiljø være rundt 300–500 Lux, mens belysningsstandarden for et skoleklasserom er høyere, vanligvis over 500 Lux.
For innendørs lysintensitet per kvadratmeter, når den konverteres til effekt, er den vanligvis mellom 5–15 W/m², avhengig av den faktiske typen lyskilde og lyseffektivitet. Denne lysintensiteten er langt under standarden for utendørs sollys, men er tilstrekkelig for daglige aktiviteter og belysning innendørs.
8. Miljøfaktorer som påvirker lysforholdene
I tillegg til faktorene nevnt ovenfor, kan skyggelegging fra forurensende stoffer som støv, fugleskitt, blader osv. også påvirke lysforholdene til PV-cellene, og dermed redusere den genererte strømmen. Disse hindringene vil hindre deler av sollyset i å nå overflaten av den fotovoltaiske cellen, noe som fører til dannelsen av den såkalte «hot spot-effekten», det vil si at temperaturen i den blokkerte cellen øker, noe som ikke bare reduserer effektiviteten, men også kan forårsake skade på cellen.
For å forhindre dette må PV-celler rengjøres regelmessig for å sikre at overflaten forblir ren og for å maksimere lysabsorpsjonen. For noen områder som ligger i områder med mye sand og støv eller hyppig fugleaktivitet, er det mer effektive løsninger å installere et selvrensende belegg eller sette opp et rengjøringssystem.
9. Sammendrag
Lysforhold er en av nøkkelfaktorene for å bestemme effekten som genereres av solceller. Lysintensitet, innfallsvinkel, lysets varighet, klimatiske forhold og spektral sammensetning har alle en betydelig innvirkning på kraftproduksjonsytelsen til PV-celler. For å maksimere mengden strøm som genereres av solceller, må vi ta hensyn til disse lysforholdene og designe og vedlikeholde PV-systemet på riktig måte, for eksempel ved å installere en solsporer, rengjøre panelene regelmessig og opprettholde riktig driftstemperatur.
Ved kontinuerlig å optimalisere design og bruk av PV-celler, kan vi utnytte solenergi mer effektivt og bidra positivt til å oppnå universell tilgang til ren energi og redusere karbonutslipp.
