Celulele solare sunt dispozitive nemecanice care utilizează semiconductori pentru a converti direct lumina soarelui în electricitate prin efectul fotovoltaic. Intuitiv, oamenii ar putea crede că celulele solare prosperă sub lumina intensă a soarelui, dar este oare adevărat?
Omenirea a utilizat de mult timp energia solară, cu trei modalități principale de a o converti: conversia fotovoltaică, conversia fototermică și conversia fotochimică. Generarea de energie fotovoltaică (PV), care transformă lumina soarelui în electricitate, este una dintre cele mai eficiente utilizări ale energiei solare.
Efectul fotovoltaic a fost observat pentru prima dată în 1839 de către omul de știință francez Edmond Becquerel și se referă la generarea unui potențial electric atunci când lumina atinge un semiconductor. Mai târziu, Einstein a explicat acest efect folosind teoria cuantică a luminii, ceea ce i-a adus Premiul Nobel pentru fizică în 1921.
Spre deosebire de efectul fotoelectric, care apare atunci când lumina atinge un singur conductor, efectul fotovoltaic se întâmplă la limita dintre două plăci semiconductoare. Atunci când sunt conectate printr-un fir, această limită creează un câmp electric, permițând curentului să circule.
Deci, cum transformă celulele solare lumina soarelui în electricitate? Lumina soarelui este un spectru larg de radiații electromagnetice. Când atinge o celulă solară, radiația poate fi reflectată, absorbită sau traversată. Doar radiația absorbită este convertită în energie electrică.
Pentru semiconductorii pe bază de siliciu, este necesară o energie de 1,11 electronvolți (eV) pentru a desprinde un electron din atomul său. Doar fotonii cu o energie mai mare decât acest prag pot genera electricitate. Cu toate acestea, excesul de energie provenit de la fotonii cu energie mai mare se pierde sub formă de căldură, contribuind la încălzirea panoului solar, ceea ce poate crește temperatura acestuia peste temperatura aerului ambiant.
Contrar opiniei populare, celulele solare pe bază de siliciu preferă de fapt medii mai reci, chiar dacă au nevoie de lumină solară. Pe măsură ce temperaturile cresc, panourile solare produc mai puțină energie, în ciuda faptului că primesc aceeași cantitate de lumină solară.
Temperaturile ridicate reduc în principal tensiunea de circuit deschis (tensiunea atunci când nu circulă curent), deși curentul de scurtcircuit (curentul atunci când celula este scurtcircuitată) rămâne relativ stabil. Aceasta înseamnă că temperaturile mai ridicate duc la o eficiență mai mică și la o putere de ieșire redusă.
Celulele solare sunt de obicei testate la o temperatură standard de 25°C (77°F). Când temperatura panoului atinge 60°C (140°F) sau mai mult, puterea sa de ieșire scade semnificativ. Pentru fiecare grad de creștere a temperaturii, curentul de scurtcircuit crește cu doar 0,04%, în timp ce tensiunea în circuit deschis scade cu 0,4%.
Chiar dacă eficiența scade vara, abundența de lumină solară din acest sezon duce la o producție totală de energie mai mare în comparație cu alte sezoane.
Cum să răcești panourile solare
Ca și alte dispozitive electronice, panourile solare funcționează mai bine la temperaturi mai scăzute. Deoarece se bazează pe lumina soarelui și nu pe căldură pentru energie, acestea funcționează cel mai bine în condiții de lumină, dar și răcoare.
Pentru a răci panourile solare în timpul verii, ar trebui să instalăm o umbră? Bineînțeles că nu! Blocarea luminii solare ar anula scopul unui panou solar. Dar aplicarea de cremă de protecție solară? Nu, aplicarea de bariere fizice ar reduce absorbția luminii, iar metodele chimice nu ar ajuta la scăderea temperaturii.
Pentru panourile solare de pe acoperiș, ventilația naturală este o modalitate eficientă și economică de a le răci. Instalarea panourilor cu un spațiu între ele și acoperiș permite aerului să circule și să răcească panourile. Cu toate acestea, este important să se țină frunzele și resturile departe de spațiu pentru a menține fluxul de aer și a preveni supraîncălzirea.
Cercetătorii au studiat, de asemenea, diverse metode de răcire pentru a îmbunătăți eficiența panourilor solare. Pe lângă ventilația naturală, au fost explorate răcirea cu aer forțat și răcirea fotovoltaico-termică (PVT), oferind informații valoroase despre scăderea temperaturilor panourilor și creșterea producției de energie.
Pe măsură ce celulele solare, emisarii energiei curate, continuă să se integreze în viețile noastre, ele aduc cu ele un nou val de soluții cu emisii reduse de carbon și ecologice.
