Περιεχόμενο
- Από πού προέρχεται η ενέργεια;
- Πόση δύναμη παρέχει ο ήλιος;
- Ποιο ποσοστό της ηλιακής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιήσει η ηλιακή κυψέλη;
- Πώς αυξάνουμε την αποτελεσματικότητα του πίνακα;
Η αποδοτικότητα ενός φωτοβολταϊκού συστήματος είναι η μέτρηση του ποσοστού της διαθέσιμης ηλιακής ενέργειας που ένα ηλιακό κύτταρο μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα πιο συνηθισμένα ηλιακά κύτταρα πυριτίου έχουν μέγιστη απόδοση περίπου 15%. Ωστόσο, ακόμη και ένα ηλιακό σύστημα με απόδοση 15 τοις εκατό μπορεί να τροφοδοτήσει το μέσο σπίτι με οικονομικά αποδοτικό τρόπο.
Από πού προέρχεται η ενέργεια;
Η ενέργεια στο ηλιακό φως έρχεται σε πακέτα που ονομάζονται φωτόνια. Αυτά τα φωτόνια φέρουν μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος τους. Καθώς το μήκος κύματος μειώνεται, η ενέργεια ενός φωτονίου αυξάνεται. Αυτά τα φωτόνια διεγείρουν ηλεκτρόνια στο ηλιακό κύτταρο, γεγονός που τους αναγκάζει να ρέουν μέσω του κυκλώματος, δημιουργώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Προκειμένου να απελευθερωθεί ένα ηλεκτρόνιο σε πυρίτιο, ένα φωτόνιο χρειάζεται τουλάχιστον 1,1 ηλεκτρόνια ενέργειας. Ένα ηλεκτρόνιο βολτ είναι η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη μετακίνηση ενός ηλεκτρονίου μέσω διαφοράς δυναμικού ενός βολτ. Εάν ένα φωτόνιο έχει περισσότερα από 1,1 ηλεκτρόνια, ένα ηλεκτρόνιο θα κινηθεί μέσω του κυκλώματος, αλλά η πλεονάζουσα ενέργεια θα απελευθερωθεί ως θερμότητα. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους τα ηλιακά κύτταρα έχουν τόσο χαμηλή απόδοση. Χρειάζονται μόνο μια πολύ συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας για να εργαστούν.
Πόση δύναμη παρέχει ο ήλιος;
Ο Ήλιος παρέχει μια διαφορετική ισχύ ανάλογα με το πού βρίσκεστε στη Γη και όπου βρίσκεται στον ουρανό. Οι ηλιακοί συλλέκτες τυπικά βαθμολογούνται λαμβάνοντας τις τυπικές συνθήκες γνωστές ως AM1.5. Αυτό αντιπροσωπεύει την μάζα αέρα 1,5, η οποία είναι η αποδεκτή δοκιμαστική κατάσταση για ηλιακούς συλλέκτες. Στο AM1.5, ο ήλιος παρέχει 1.000 βατ ανά τετραγωνικό μέτρο. Ωστόσο, η πραγματική διαθέσιμη ηλιακή ενέργεια ποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία, τις καιρικές συνθήκες και την ώρα της ημέρας.
Ποιο ποσοστό της ηλιακής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιήσει η ηλιακή κυψέλη;
Για να κατανοήσουμε τη δύναμη του ήλιου, χρησιμοποιούμε ένα μοντέλο ακτινοβολίας που ονομάζεται φάσμα μαύρου σώματος. Το φάσμα του μαύρου σώματος μας λέει την κατανομή ενέργειας αντικειμένων με διαφορετικά μήκη κύματος. Με βάση ένα φάσμα μαύρου σώματος, το 23% της ενέργειας από τον ήλιο έχει μήκος κύματος πολύ μεγάλο για να είναι χρήσιμο για τους ηλιακούς συλλέκτες. Αυτά τα φωτόνια θα περάσουν απλά μέσα από το κελί. Άλλα μήκη κύματος έχουν κάποια υπερβολική ενέργεια. Στην πραγματικότητα, ένα άλλο 33 τοις εκατό της ηλιακής ενέργειας είναι υπερβολική ενέργεια που είναι επίσης άχρηστη για τα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Ως εκ τούτου, αυτό αφήνει μόνο το 44 τοις εκατό της ηλιακής ενέργειας που διατίθεται στα ηλιακά κύτταρα πυριτίου. Περισσότερη από αυτή την ενέργεια χάνεται λόγω του προβληματισμού και άλλων διαδικασιών στο ίδιο το κύτταρο. Ως εκ τούτου, ενώ η θεωρητική μέγιστη απόδοση μπορεί να είναι υψηλότερη, η πραγματική απόδοση των κυττάρων πυριτίου είναι συνήθως περίπου 15 τοις εκατό.
Πώς αυξάνουμε την αποτελεσματικότητα του πίνακα;
Προκειμένου να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα των ηλιακών συλλεκτών, μπορούμε να βελτιώσουμε και να διαφοροποιήσουμε τα υλικά που χρησιμοποιούμε για να τα κατασκευάσουμε. Τα διαφορετικά υλικά απαιτούν διαφορετική ποσότητα ενέργειας φωτονίων για την παραγωγή ρεύματος. Ως εκ τούτου, τα υβριδικά πάνελ μπορούν να καλύψουν διάφορες διαφορετικές τιμές ηλεκτρικού βολτ προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η ενέργεια που συλλαμβάνεται. Ένα πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση είναι το κόστος κατασκευής. Ο τυποποιημένος ηλιακός πίνακας κατασκευάζεται από πυρίτιο, το οποίο είναι ευρέως διαθέσιμο και κατανοητό. Καθώς τα υλικά που χρησιμοποιούνται σε ηλιακούς συλλέκτες γίνονται πιο σπάνια και πιο εξειδικευμένα, το κόστος κατασκευής αυξάνεται. Επομένως, η αύξηση της αποτελεσματικότητας οφείλεται σε αύξηση του κόστους.