المحتوى
- أين تأتي الطاقة من؟
- ما مقدار الطاقة التي توفرها الشمس؟
- ما هي نسبة الطاقة الشمسية التي يمكن أن تستخدمها الخلايا الشمسية؟
- كيف يمكننا زيادة كفاءة اللوحة؟
تتمثل كفاءة النظام الكهروضوئي في قياس مقدار الطاقة الشمسية المتاحة التي تحولها الخلية الشمسية إلى طاقة كهربائية. معظم الخلايا الشمسية السليكونية النموذجية لديها كفاءة قصوى تبلغ حوالي 15٪. ومع ذلك ، حتى النظام الشمسي ذي الكفاءة 15 في المائة يمكنه تشغيل المنزل العادي بطريقة فعالة من حيث التكلفة.
أين تأتي الطاقة من؟
الطاقة في ضوء الشمس تأتي في حزم تسمى الفوتونات. تحمل هذه الفوتونات كمية محددة من الطاقة حسب طول الموجة. مع انخفاض الطول الموجي ، تزداد طاقة الفوتون. تثير هذه الفوتونات الإلكترونات في الخلية الشمسية ، مما يتسبب في تدفقها عبر الدوائر ، مما يخلق تيارًا كهربائيًا. من أجل تحرير إلكترون في السيليكون ، يحتاج الفوتون إلى 1.1 فولت من الطاقة على الأقل. فولت الإلكترون هو مقدار الطاقة اللازمة لتحريك الإلكترون من خلال فرق الجهد فولت واحد. إذا كان الفوتون يحتوي على أكثر من 1.1 فولت إلكترون ، فسوف يتحرك الإلكترون عبر الدائرة ، ولكن سيتم إطلاق الطاقة الزائدة كحرارة. هذا أحد الأسباب التي تجعل الخلايا الشمسية منخفضة الكفاءة ؛ إنهم يحتاجون فقط إلى كمية محددة للغاية من الطاقة من أجل العمل.
ما مقدار الطاقة التي توفرها الشمس؟
توفر الشمس مقدارًا مختلفًا من الطاقة حسب المكان الذي أنت فيه على الأرض والمكان الذي توجد فيه في السماء. يتم تصنيف الألواح الشمسية على افتراض الظروف القياسية المعروفة باسم AM1.5. هذا يمثل كتلة الهواء 1.5 ، وهو شرط الاختبار المقبول للألواح الشمسية. في AM1.5 ، توفر الشمس 1000 واط لكل متر مربع. ومع ذلك ، فإن الطاقة الشمسية المتاحة الفعلية تختلف باختلاف الموقع ، والظروف الجوية ، والوقت من اليوم.
ما هي نسبة الطاقة الشمسية التي يمكن أن تستخدمها الخلايا الشمسية؟
من أجل فهم قوة الشمس ، نستخدم نموذجًا للإشعاع يسمى طيف الجسم الأسود. يخبرنا طيف الجسم الأسود عن توزيع الطاقة للأجسام بأطوال موجية مختلفة. استنادًا إلى طيف الجسم الأسود ، يبلغ طول موجة الطاقة الشمسية 23 في المائة من الطاقة الشمسية حتى لا تكون مفيدة للألواح الشمسية. سوف تمر هذه الفوتونات عبر الخلية. الأطوال الموجية الأخرى لديها بعض الطاقة الزائدة. في الواقع ، هناك 33 في المائة أخرى من طاقة الشمس هي طاقة زائدة غير صالحة للاستخدام أيضًا في خلايا السيليكون الشمسية. لذلك ، يترك هذا 44 في المائة فقط من الطاقة الشمسية المتاحة لخلايا السيليكون الشمسية. يتم فقدان الكثير من هذه الطاقة بسبب الانعكاس والعمليات الأخرى في الخلية نفسها. وبالتالي ، في حين أن الكفاءة القصوى النظرية قد تكون أعلى ، فإن الكفاءة الحقيقية لخلايا السيليكون عادة ما تكون حوالي 15 في المئة.
كيف يمكننا زيادة كفاءة اللوحة؟
من أجل زيادة كفاءة الألواح الشمسية ، يمكننا تحسين وتنويع المواد التي نستخدمها لصنعها. تتطلب المواد المختلفة كمية مختلفة من طاقة الفوتون لإنتاج التيار. لذلك ، يمكن أن تغطي الألواح الهجينة عددًا من قيم فولت الإلكترون المختلفة من أجل زيادة الطاقة التي يتم التقاطها. مشكلة واحدة مع هذا النهج هي تكلفة التصنيع. تتكون اللوحة الشمسية القياسية من السيليكون ، والذي يتوفر على نطاق واسع ومفهوم جيدًا. عندما تصبح المواد المستخدمة في الألواح الشمسية أكثر ندرة وأكثر تخصصًا ، ترتفع تكلفة التصنيع. لذلك ، تأتي الزيادة في الكفاءة بزيادة في التكلفة.