Kuanzia Jua la Asubuhi hadi Mwanga wa LED wa Ndani: Kufichua Jinsi Nguvu ya Mwanga Inavyochochea Nishati ya Kijani kutoka kwa Seli za Photovoltaic

Kwa kuenea kwa nishati mbadala, seli za jua zimekuwa moja ya vyanzo muhimu zaidi vya nishati ya kijani. Hata hivyo, watu wengi huenda wasijue kwamba ufanisi wa uzalishaji wa umeme na uzalishaji wa umeme wa seli za jua huathiriwa na mambo mbalimbali, muhimu zaidi ambayo ni hali ya mwanga. Kwa hivyo, hali ya mwanga huathirije nguvu inayozalishwa na seli za jua? Leo, tutaitangaza mada hii.

1. nguvu ya mwanga na uzalishaji wa umeme
Kwa ufupi, nguvu ya mwanga ni nguvu ya mwanga wa jua kwa kila eneo la kitengo. Kwa seli za jua, kadiri nguvu ya mwanga inavyoongezeka, ndivyo nishati inavyopokelewa na seli za jua, ndivyo nguvu yake ya kutoa inavyoongezeka. Kwa hivyo, siku zenye jua kali zenye mwanga mkali wa jua, nguvu inayozalishwa na seli za jua kwa kawaida huwa kubwa zaidi.
Uwezo wa kuzalisha umeme wa seli ya voltaiki kwa kawaida hupimwa chini ya hali ya kawaida ya majaribio kwa kiwango cha mwanga cha 1000 W/m², ambayo ni thamani ya kawaida inayotumika katika maabara kuiga mwanga wa mchana wenye jua. Wakati kiwango cha mwanga kinapoongezeka, mkondo wa voltaiki kwenye seli ya jua huongezeka, ambayo huongeza nguvu ya kutoa; kinyume chake, ikiwa kiwango cha mwanga hupungua, kwa mfano siku zenye mawingu au wakati wa saa za machweo, nguvu inayozalishwa na seli hupungua sana.
Kiwango cha mwanga hutofautiana katika kipindi cha mchana. Kuanzia asubuhi na mapema, jua huchomoza polepole, kiwango cha mwanga pia huongezeka polepole; saa sita mchana, kiwango cha mwanga hufikia thamani yake ya juu zaidi; alasiri, jua linapozama polepole magharibi, kiwango cha mwanga hupungua polepole hadi machweo yanapotoweka kabisa. Mabadiliko haya katika kiwango cha mwanga wa jua huathiri moja kwa moja uzalishaji wa umeme wa seli za jua kwa siku.

2. Pembe nyepesi na ufanisi wa uzalishaji wa umeme
Pembe ya mwanga pia itakuwa na athari kubwa katika uzalishaji wa umeme wa seli za jua. Mwanga wa jua unapotokea wima kwenye uso wa seli ya jua, seli ya voltaiki inaweza kunyonya nishati nyingi zaidi ya mwanga, na hivyo uzalishaji wa juu zaidi wa umeme; na mwanga wa jua unapoinama, sehemu ya mwanga itaakisiwa, nishati ya mwanga inayofyonzwa na betri hupunguzwa, na uzalishaji wa umeme hupunguzwa vivyo hivyo.
Ili kuongeza ufanisi wa uzalishaji wa umeme wa seli, mifumo mingi ya jua ina vifaa vya kufuatilia jua ambavyo hurekebisha kiotomatiki pembe ya seli za PV kulingana na nafasi ya jua ili kudumisha pembe bora ya matukio. Teknolojia hii imekuwa na ufanisi katika kuongeza uzalishaji wa umeme wa seli za PV kwa ujumla.

3. Athari ya muda wa mwanga kwenye uzalishaji wa umeme
Muda wa mwanga pia ni jambo muhimu linaloathiri uzalishaji wa umeme wa seli za jua. Kadiri saa za mwanga zinavyokuwa ndefu kwa siku, ndivyo umeme mwingi zaidi ambao seli za jua zinaweza kutoa. Hii ndiyo sababu katika latitudo za juu, seli za jua hutoa umeme mdogo kutokana na saa fupi za mwanga wa majira ya baridi, huku katika maeneo yenye saa ndefu za mwanga, kiasi cha umeme kinachozalishwa mwaka mzima ni kikubwa zaidi.
Mbali na hili, mabadiliko ya msimu pia huathiri saa za mwanga. Kwa mfano, katika kiangazi, wakati siku ni ndefu, seli za jua zinaweza kutoa umeme kwa muda mrefu zaidi; ilhali wakati wa baridi, wakati siku ni fupi, muda na jumla ya umeme unaozalishwa hupungua kiasili.

4. Hali ya hewa na utendaji wa volteji ya mwanga
Hali ya hewa pia inaweza kuwa na athari kubwa kwa nguvu inayozalishwa na seli za jua. Katika hali ya mawingu na ukungu, miale ya jua huzuiwa na mawingu au chembe zilizosimamishwa, na kusababisha kupungua kwa kiasi cha nishati ya mwanga inayopokelewa na seli ya PV, na nguvu inayozalishwa itapungua sana. Zaidi ya hayo, mvua na theluji vinaweza pia kuathiri unyonyaji wa mwanga na paneli za PV, na kupunguza utendaji wa uzalishaji wa umeme wa seli.
Cha kufurahisha ni kwamba, utendaji wa seli za PV hautegemei tu nguvu ya mwanga wa jua, wakati mwingine mwanga mkali wa jua unaweza usiwe jambo zuri. Kwa mfano, ufanisi wa uzalishaji wa umeme wa seli za jua huelekea kupungua chini ya hali ya joto kali kwa sababu ongezeko la joto huongeza upinzani ndani ya seli, jambo ambalo husababisha uzalishaji mdogo wa umeme. Hii ndiyo sababu, katika baadhi ya maeneo, watu huweka moduli zao za PV katika hali ya baridi zaidi kwa kutumia mifumo ya kupoeza ili kuongeza ufanisi wao wa uzalishaji wa umeme.

5. Athari ya muundo wa spektri
Mwanga wa jua una fotoni za mawimbi tofauti, zinazojulikana kama wigo. Seli za jua hunyonya mawimbi tofauti ya mwanga kwa njia tofauti, na tofauti katika muundo wa spektra zinaweza pia kuwa na athari kwenye nguvu inayozalishwa na seli za jua. Kwa ujumla, seli za PV zina ufanisi mkubwa zaidi wa kunyonya kwa mwanga unaoonekana na unyonyaji mdogo kwa mwanga wa urujuanimno na infrared. Kwa hivyo, utendaji wa uzalishaji wa umeme wa seli za PV ni bora zaidi wakati kuna sehemu ya mwanga inayoonekana zaidi katika wigo.
Wakati anga linapokuwa na mawingu, au asubuhi na mapema na jioni, wigo wa mwanga wa jua hubadilika, pamoja na kupungua kwa sehemu inayoonekana na kuongezeka kwa sehemu ya infrared, na ufanisi wa uzalishaji wa umeme wa seli ya PV hupungua katika hali hii pia. Ili kuboresha mwitikio wa spektrali wa seli za fotovoltaiki, utafiti fulani umetolewa kwa ajili ya ukuzaji wa nyenzo zenye uwezo wa kunyonya wigo mpana wa wigo wa jua, kama vile chalcogenides, ambazo zimeonyesha sifa bora za kunyonya mwanga chini ya hali ya maabara.

Kiwango cha Jaribio cha 6. AM 1.5 G
Katika majaribio ya seli za voltaiki, ni kawaida kutumia AM 1.5 G kama hali ya kawaida ya spectral. AM inawakilisha Hewa Mass, na AM 1.5 inamaanisha kuwa njia ya miale ya jua kupitia angahewa ni ndefu mara moja na nusu kuliko njia ya moja kwa moja ya wima ya jua kupitia angahewa. AM 1.5 G ni kiwango kinachotumika sana duniani kote na kinawakilisha hali ya spectral ya miale ya jua inayopita katika angahewa na juu ya uso wa dunia siku iliyo wazi, ambayo inalingana na nguvu ya mwanga ya takriban 1000 W/m². AM 1.5 G ni kiwango kinachotumika duniani kote kinachowakilisha hali ya spectral inayotokana na mwanga unaopita katika angahewa na kuingia kwenye uso wa Dunia siku iliyo wazi, na inalingana na nguvu ya mwanga ya takriban 1000 W/m² na nguvu ya mwanga ya takriban 100,000 Lux.
Matumizi ya AM 1.5 G huhakikisha kwamba hali za majaribio katika maabara ziko karibu iwezekanavyo na hali halisi ili kutathmini kwa usahihi utendaji wa seli za jua katika mazingira ya kila siku.

7. Viwango na nguvu ya mwanga wa ndani
Pia kuna viwango vya kitaifa vya nguvu ya mwanga wa ndani. Kwa mfano, kulingana na viwango vya kitaifa vinavyohusika vya China (km., Kiwango cha Ubunifu wa Taa za Jengo GB 50033-2013), nafasi za ndani kwa madhumuni tofauti zina mahitaji tofauti ya mwanga. Kwa ujumla, kiwango cha mwanga kwa mazingira ya kawaida ya ofisi kinapaswa kuwa karibu 300-500 Lux, huku kiwango cha mwanga kwa darasa la shule kikiwa juu zaidi, kwa kawaida zaidi ya 500 Lux.
Kwa kiwango cha mwanga wa ndani kwa kila mita ya mraba, inapobadilishwa kuwa nguvu, kwa kawaida huwa kati ya 5-15 W/m², kulingana na aina halisi ya chanzo cha mwanga na ufanisi wa mwanga. Kiwango hiki cha mwanga ni chini sana kuliko kiwango cha mwanga wa jua wa nje, lakini kinatosha kwa shughuli za kila siku na taa za ndani.

8. Mambo ya kimazingira yanayoathiri hali ya mwanga
Mbali na mambo yaliyotajwa hapo juu, kivuli kinachosababishwa na vichafuzi kama vile vumbi, kinyesi cha ndege, majani, n.k. kinaweza pia kuathiri hali ya mwangaza wa seli za PV, hivyo kupunguza nguvu inayozalishwa. Vizuizi hivi vitazuia sehemu ya mwanga wa jua kufikia uso wa seli ya fotovoltaiki, uundaji wa kile kinachoitwa "athari ya sehemu ya moto", yaani, halijoto ya seli iliyoziba huongezeka, sio tu kwamba hupunguza ufanisi, lakini pia inaweza kusababisha uharibifu kwa seli.
Ili kuzuia hili, seli za PV zinahitaji kusafishwa mara kwa mara ili kuhakikisha kwamba uso unabaki safi na kuongeza unyonyaji wa mwanga. Kwa baadhi ya maeneo yaliyo katika maeneo yenye mchanga na vumbi vingi au shughuli za ndege za mara kwa mara, kufunga mipako ya kujisafisha au kuanzisha mfumo wa kusafisha zote mbili ni suluhisho bora zaidi.