Sprawność konwersji to stosunek mocy wyjściowej urządzenia fotowoltaicznego do mocy padającego na nie światła słonecznego. Mówiąc prościej, można ją zdefiniować jako ilość padającej energii słonecznej, która jest przekształcana w energię elektryczną przez system fotowoltaiczny.
Naukowcom udało się stworzyć ogniwa fotowoltaiczne o sprawności bliskiej 50%, mimo że większość paneli komercyjnych charakteryzuje się sprawnością na poziomie 15–20%.
Jakie czynniki wpływają na efektywność konwersji?
Ogniwa fotowoltaiczne nie zawsze zamieniają 100% światła słonecznego na energię. Większość z niego faktycznie znika. Zdolność ogniwa słonecznego do przekształcania otrzymywanego światła słonecznego jest ograniczona przez szereg elementów konstrukcyjnych. Wyższą wydajność można osiągnąć, projektując je z uwzględnieniem tych aspektów.
1. Długość fali
Fotony, czyli pakiety energii, są budulcem światła i występują w różnych energiach i długościach fal. Długości fal światła słonecznego docierającego do powierzchni planety rozciągają się od ultrafioletu do podczerwieni. Niektóre fotony odbijają się, gdy światło pada na powierzchnię ogniwa słonecznego, podczas gdy inne przechodzą przez nią bezpośrednio. Energia części zaabsorbowanych fotonów jest przekształcana w ciepło. Pozostałe posiadają wystarczającą energię, aby uwolnić elektrony z wiązań atomowych , co skutkuje powstaniem nośników ładunku i prądu elektrycznego.
2. Temperatura
Niskie temperatury są zazwyczaj najlepsze dla ogniw słonecznych. Występuje niewielki wzrost prądu, ale znacznie większy spadek napięcia jest wynikiem zmiany charakterystyki półprzewodników spowodowanej przez wyższe temperatury. Ekstremalne wzrosty temperatury mogą również uszkodzić materiały w ogniwach i innych modułach, skracając ich żywotność. Ponieważ większość światła słonecznego padającego na ogniwa przekształca się w ciepło, efektywne zarządzanie temperaturą zwiększa wydajność i żywotność.
3. Odbicie
Zmniejszając ilość światła odbitego od powierzchni ogniwa , można poprawić jego wydajność. Na przykład, niepoddany obróbce krzem odbija ponad 30% padającego na niego światła. Odbicie jest redukowane przez powłoki antyrefleksyjne i powierzchnie o teksturowanej powierzchni. Ciemnoniebieski lub czarny kolor wskazuje na ogniwo o wysokiej wydajności.
Jak określić efektywność konwersji?
Aby oszacować ilość energii, jaką wytworzy ogniwo, naukowcy oceniają wydajność urządzenia fotowoltaicznego (PV). Prąd i napięcie razem wytwarzają energię elektryczną. Zależności między prądem a napięciem mierzą charakterystykę elektryczną urządzenia PV. Prąd i napięcie generowane przez ogniwo lub moduł będą się zmieniać zgodnie z prawem Ohma, jeśli do dwóch zacisków urządzenia zostanie przyłączony określony opór „obciążenia” (prąd płynący przez przewodnik między dwoma punktami jest wprost proporcjonalny do różnicy potencjałów między nimi). Sprawność określa się, mierząc prąd i napięcie generowane dla różnych oporów obciążenia, wystawiając ogniwo na działanie stałego, standardowego poziomu światła i utrzymując stałą temperaturę ogniwa.
Polecamy: 11 głównych czynników wpływających na wydajność paneli słonecznych
