Sončne celice so nemehanske naprave, ki uporabljajo polprevodnike za neposredno pretvorbo sončne svetlobe v elektriko s pomočjo fotovoltaičnega učinka. Ljudje bi morda intuitivno mislili, da sončne celice uspevajo pod močno sončno svetlobo, vendar ali je temu res tako?
Človeštvo že dolgo uporablja sončno energijo na tri glavne načine: fotovoltaično pretvorbo, fototermalno pretvorbo in fotokemično pretvorbo. Fotovoltaična (PV) proizvodnja energije, ki pretvarja sončno svetlobo v električno energijo, je ena najučinkovitejših uporab sončne energije.
Fotovoltaični učinek je leta 1839 prvič opazil francoski znanstvenik Edmond Becquerel, nanaša pa se na nastanek električnega potenciala, ko svetloba zadene polprevodnik. Kasneje je Einstein ta učinek pojasnil s kvantno teorijo svetlobe, za kar je leta 1921 prejel Nobelovo nagrado za fiziko.
Za razliko od fotoelektričnega učinka, ki se pojavi, ko svetloba pade na en sam prevodnik, se fotovoltaični učinek pojavi na meji med dvema polprevodniškima ploščama. Ko sta povezani z žico, ta meja ustvari električno polje, ki omogoča pretok toka.
Kako torej sončne celice pretvarjajo sončno svetlobo v elektriko? Sončna svetloba je širok spekter elektromagnetnega sevanja. Ko zadene sončno celico, se sevanje lahko odbije, absorbira ali prehaja skozi njo. V električno energijo se pretvori le absorbirano sevanje.
Za polprevodnike na osnovi silicija je za izbijanje elektrona iz njegovega atoma potrebna energija 1,11 elektronvolta (eV). Le fotoni z energijo, večjo od tega praga, lahko ustvarijo elektriko. Vendar pa se presežna energija fotonov z višjo energijo izgubi kot toplota, kar prispeva k segrevanju sončne celice, kar lahko dvigne njeno temperaturo nad temperaturo okoliškega zraka.
V nasprotju s splošnim prepričanjem imajo silicijeve sončne celice raje hladnejša okolja, čeprav še vedno potrebujejo sončno svetlobo. Ko se temperature dvignejo, sončne celice proizvedejo manj energije, čeprav prejemajo enako količino sončne svetlobe.
Visoke temperature v glavnem znižajo napetost odprtega tokokroga (napetost, ko ne teče tok), čeprav kratkostični tok (tok, ko je celica v kratkem stiku) ostaja relativno stabilen. To pomeni, da višje temperature vodijo do nižje učinkovitosti in zmanjšane izhodne moči.
Sončne celice se običajno testirajo pri standardni temperaturi 25 °C (77 °F). Ko temperatura panela doseže 60 °C (140 °F) ali več, se njegova izhodna moč znatno zmanjša. Za vsako stopnjo povečanja temperature se kratkostični tok poveča le za 0,04 %, medtem ko se napetost odprtega tokokroga zmanjša za 0,4 %.
Čeprav se učinkovitost poleti zmanjša, obilica sončne svetlobe v tej sezoni še vedno povzroči večjo skupno proizvodnjo energije v primerjavi z drugimi letnimi časi.
Kako ohladiti sončne panele
Tako kot druge elektronske naprave tudi sončne celice delujejo bolje pri nižjih temperaturah. Ker se za napajanje zanašajo na sončno svetlobo in ne na toploto, najbolje delujejo v svetlih, a hladnih pogojih.
Ali naj poleti postavimo senčilo, da bi ohladili sončne celice? Seveda ne! Zaviranje sončne svetlobe bi izničilo namen sončne celice. Kaj pa nanos kreme za sončenje? Ne, uporaba fizičnih ovir bi zmanjšala absorpcijo svetlobe, kemične metode pa ne bi pomagale znižati temperature.
Pri strešnih sončnih kolektorjih je naravno prezračevanje učinkovit in ekonomičen način hlajenja. Namestitev kolektorjev z režo med njimi in streho omogoča kroženje zraka in hlajenje kolektorjev. Vendar je pomembno, da v režo ne vdrejo listi in odpadki, da se ohrani pretok zraka in prepreči pregrevanje.
Raziskovalci so preučevali tudi različne metode hlajenja za izboljšanje učinkovitosti sončnih panelov. Poleg naravnega prezračevanja so raziskali tudi prisilno hlajenje z zrakom in fotovoltaično-termalno hlajenje (PVT), ki ponujata dragocene vpoglede v zniževanje temperatur panelov in povečanje proizvodnje energije.
Sončne celice, glasniki čiste energije, ki se še naprej vključujejo v naša življenja, prinašajo s seboj nov val nizkoogljičnih in okolju prijaznih rešitev.
