L'efficienza di conversione è il rapporto tra la potenza elettrica prodotta da un dispositivo fotovoltaico e la potenza della luce solare incidente sul dispositivo. In termini più semplici, può essere definita come la quantità di energia solare incidente che viene convertita in elettricità da un sistema fotovoltaico.
I ricercatori hanno creato celle fotovoltaiche con efficienze prossime al 50%, nonostante la maggior parte dei pannelli commerciali abbia efficienze comprese tra il 15 e il 20%.
Quali sono i fattori che influenzano l'efficienza di conversione?
Le celle fotovoltaiche non sempre trasformano il 100% della luce solare in energia. La maggior parte di essa è effettivamente persa. La capacità di una cella solare di convertire la luce solare che riceve è limitata da una serie di elementi di progettazione. È possibile ottenere una maggiore efficienza progettando tenendo a mente questi aspetti.
1. Lunghezza d'onda
I fotoni, o pacchetti di energia, sono i mattoni della luce e si presentano in una varietà di energie e lunghezze d'onda. Le lunghezze d'onda della luce solare che raggiunge la superficie del pianeta spaziano dall'ultravioletto all'infrarosso. Alcuni fotoni vengono riflessi quando la luce colpisce la superficie di una cella solare, mentre altri la attraversano senza subire danni. L'energia di alcuni dei fotoni assorbiti viene convertita in calore. I restanti possiedono energia sufficiente per liberare gli elettroni dai loro legami atomici , generando portatori di carica e corrente elettrica.
2. Temperatura
Le basse temperature sono generalmente le migliori per le celle solari. Si produce un modesto aumento di corrente, ma una diminuzione di tensione molto più consistente è il risultato della variazione delle caratteristiche dei semiconduttori causata dalle temperature più elevate. Aumenti di temperatura estremi possono inoltre danneggiare i materiali presenti nelle celle e negli altri moduli, riducendone la durata. Poiché la maggior parte della luce solare che colpisce le celle si converte in calore, un'efficace gestione termica aumenta l'efficienza e la durata.
3. Riflessione
Riducendo la quantità di luce riflessa dalla superficie di una cella , è possibile migliorarne l'efficienza. Ad esempio, il silicio non trattato riflette oltre il 30% della luce che lo colpisce. La riflessione viene ridotta mediante rivestimenti antiriflesso e superfici texturizzate. Un colore blu scuro o nero indica una cella ad alta efficienza.
Come si determina l'efficienza di conversione?
Per stimare la quantità di energia che una cella produrrà, i ricercatori valutano le prestazioni di un dispositivo fotovoltaico (FV). La corrente e la tensione, agendo insieme, producono energia elettrica. Le relazioni tra corrente e tensione misurano le caratteristiche elettriche di un dispositivo FV. La corrente e la tensione generate da una cella o da un modulo variano secondo la legge di Ohm se una particolare resistenza di "carico" viene collegata ai due terminali del dispositivo (la corrente che attraversa un conduttore tra due punti è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale tra i due punti). L'efficienza viene determinata misurando la corrente e la tensione generate per diverse resistenze di carico, sottoponendo la cella a un livello di luce costante e standard e mantenendo una temperatura costante.
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