Solárne články sú nemechanické zariadenia, ktoré využívajú polovodiče na priamu premenu slnečného žiarenia na elektrinu prostredníctvom fotovoltaického efektu. Ľudia by si intuitívne mohli myslieť, že solárne články prosperujú pri intenzívnom slnečnom svetle, ale je to naozaj tak?
Ľudstvo už dlho využíva slnečnú energiu tromi hlavnými spôsobmi jej premeny: fotovoltaickou premenou, fototermálnou premenou a fotochemickou premenou. Fotovoltaická (FV) výroba energie, ktorá premieňa slnečné svetlo na elektrinu, je jedným z najefektívnejších spôsobov využitia slnečnej energie.
Fotovoltaický jav prvýkrát pozoroval v roku 1839 francúzsky vedec Edmond Becquerel a vzťahuje sa na vznik elektrického potenciálu, keď svetlo dopadne na polovodič. Neskôr Einstein vysvetlil tento jav pomocou kvantovej teórie svetla, za ktorú v roku 1921 získal Nobelovu cenu za fyziku.
Na rozdiel od fotoelektrického javu, ktorý nastáva, keď svetlo dopadne na jeden vodič, fotovoltaický jav nastáva na hranici medzi dvoma polovodičovými doskami. Keď sú prepojené vodičom, táto hranica vytvára elektrické pole, ktoré umožňuje tok prúdu.
Ako teda solárne články premieňajú slnečné svetlo na elektrinu? Slnečné svetlo je široké spektrum elektromagnetického žiarenia. Keď dopadne na solárny článok, môže sa odrážať, absorbovať alebo ním prechádzať. Na elektrickú energiu sa premieňa iba absorbované žiarenie.
Pre polovodiče na báze kremíka je na uvoľnenie elektrónu z jeho atómu potrebná energia 1,11 elektrónvoltu (eV). Iba fotóny s energiou vyššou ako táto prahová hodnota môžu generovať elektrinu. Prebytočná energia z fotónov s vyššou energiou sa však stráca ako teplo, čo prispieva k ohrevu solárneho panela, čo môže zvýšiť jeho teplotu nad teplotu okolitého vzduchu.
Na rozdiel od všeobecného presvedčenia, solárne články na báze kremíka v skutočnosti uprednostňujú chladnejšie prostredie, hoci stále potrebujú slnečné svetlo. S rastúcou teplotou solárne panely produkujú menej energie, napriek tomu, že dostávajú rovnaké množstvo slnečného svetla.
Vysoké teploty znižujú najmä napätie naprázdno (napätie, keď nepreteká žiadny prúd), hoci skratový prúd (prúd, keď je článok skratovaný) zostáva relatívne stabilný. To znamená, že vyššie teploty vedú k nižšej účinnosti a zníženému výstupnému výkonu.
Solárne články sa typicky testujú pri štandardnej teplote 25 °C (77 °F). Keď teplota panela dosiahne 60 °C (140 °F) alebo viac, jeho výkon výrazne klesne. Pri každom stupni zvýšenia teploty sa skratový prúd zvýši iba o 0,04 %, zatiaľ čo napätie naprázdno sa zníži o 0,4 %.
Aj keď účinnosť v lete klesá, množstvo slnečného žiarenia počas tohto obdobia stále vedie k vyššej celkovej produkcii energie v porovnaní s inými ročnými obdobiami.
Ako ochladiť solárne panely
Rovnako ako iné elektronické zariadenia, aj solárne panely fungujú lepšie pri nižších teplotách. Keďže sa na energiu spoliehajú skôr na slnečné svetlo ako na teplo, fungujú najlepšie v jasných, ale chladných podmienkach.
Mali by sme si počas leta nainštalovať tienenie, aby sme ochladili solárne panely? Samozrejme, že nie! Blokovanie slnečného žiarenia by znemožnilo použitie solárneho panela. A čo nanesenie opaľovacieho krému? Nie, použitie fyzikálnych bariér by znížilo absorpciu svetla a chemické metódy by nepomohli znížiť teplotu.
Pri strešných solárnych paneloch je prirodzené vetranie účinným a ekonomickým spôsobom ich chladenia. Inštalácia panelov s medzerou medzi nimi a strechou umožňuje cirkuláciu vzduchu a chladenie panelov. Je však dôležité udržiavať listy a nečistoty mimo medzery, aby sa udržalo prúdenie vzduchu a zabránilo sa prehriatiu.
Výskumníci tiež skúmali rôzne metódy chladenia na zlepšenie účinnosti solárnych panelov. Okrem prirodzeného vetrania sa skúmalo aj nútené chladenie vzduchom a fotovoltaicko-termálne chladenie (PVT), ktoré ponúkajú cenné poznatky o znižovaní teplôt panelov a zvyšovaní energetického výkonu.
Keďže solárne články, vyslanci čistej energie, sa naďalej integrujú do našich životov, prinášajú so sebou novú vlnu nízkouhlíkových a ekologických riešení.
