Соларне ћелије су немеханички уређаји који користе полупроводнике за директно претварање сунчеве светлости у електричну енергију путем фотонапонског ефекта. Интуитивно, људи би могли помислити да соларне ћелије напредују под интензивном сунчевом светлошћу, али да ли је то заиста случај?
Човечанство одавно користи соларну енергију, са три главна начина за њено претварање: фотонапонска конверзија, фототермална конверзија и фотохемијска конверзија. Фотонапонска (ПВ) производња енергије, која претвара сунчеву светлост у електричну енергију, једна је од најефикаснијих употреба соларне енергије.
Фотонапонски ефекат је први пут приметио француски научник Едмон Бекерел 1839. године, а односи се на стварање електричног потенцијала када светлост падне на полупроводник. Касније је Ајнштајн објаснио овај ефекат користећи квантну теорију светлости, што му је донело Нобелову награду за физику 1921. године.
За разлику од фотоелектричног ефекта, који се јавља када светлост падне на један проводник, фотонапонски ефекат се дешава на граници између две полупроводничке плоче. Када су повезане жицом, ова граница ствара електрично поље, омогућавајући проток струје.
Дакле, како соларне ћелије претварају сунчеву светлост у електричну енергију? Сунчева светлост је широк спектар електромагнетног зрачења. Када падне на соларну ћелију, зрачење се може рефлектовати, апсорбовати или пропустити. Само апсорбовано зрачење се претвара у електричну енергију.
За полупроводнике на бази силицијума, потребна је енергија од 1,11 електрон-волти (eV) да би се електрон откинуо из свог атома. Само фотони са енергијом већом од овог прага могу да генеришу електричну енергију. Међутим, вишак енергије од фотона веће енергије губи се као топлота, доприносећи загревању соларног панела, што може подићи његову температуру изнад температуре околног ваздуха.
Супротно увреженом мишљењу, соларне ћелије на бази силицијума заправо преферирају хладнија окружења, иако им је и даље потребна сунчева светлост. Како температуре расту, соларни панели производе мање енергије, упркос томе што примају исту количину сунчеве светлости.
Високе температуре углавном смањују напон отвореног кола (напон када не тече струја), иако струја кратког споја (струја када је ћелија у кратком споју) остаје релативно стабилна. То значи да више температуре доводе до ниже ефикасности и смањене излазне снаге.
Соларне ћелије се обично тестирају на стандардној температури од 25°C (77°F). Када температура панела достигне 60°C (140°F) или више, његова излазна снага значајно опада. За сваки степен повећања температуре, струја кратког споја се повећава за само 0,04%, док се напон отвореног кола смањује за 0,4%.
Иако ефикасност опада лети, обиље сунчеве светлости током ове сезоне и даље резултира већом укупном производњом енергије у поређењу са другим сезонама.
Како охладити соларне панеле
Као и други електронски уређаји, соларни панели боље функционишу на нижим температурама. Пошто се ослањају на сунчеву светлост, а не на топлоту, најбоље функционишу у светлим, али хладним условима.
Да ли треба да поставимо хлад да бисмо охладили соларне панеле током лета? Наравно да не! Блокирање сунчеве светлости би поништило сврху соларног панела. Шта је са наношењем креме за сунчање? Не, наношење физичких баријера би смањило апсорпцију светлости, а хемијске методе не би помогле у снижавању температуре.
За кровне соларне панеле, природна вентилација је ефикасан и економичан начин њиховог хлађења. Постављање панела са размаком између њих и крова омогућава циркулацију ваздуха и хлађење панела. Међутим, важно је да се лишће и остаци држе подаље од размака како би се одржао проток ваздуха и спречило прегревање.
Истраживачи су такође проучавали различите методе хлађења како би побољшали ефикасност соларних панела. Поред природне вентилације, истражено је и присилно хлађење ваздухом и фотонапонско-термално хлађење (PVT), што нуди вредне увиде у снижавање температуре панела и повећање производње енергије.
Како соларне ћелије, гласници чисте енергије, настављају да се интегришу у наше животе, оне са собом доносе нови талас нискоугљеничних, еколошки прихватљивих решења.
