Най-ефективните фотоволтаични слънчеви панели

Въведение

Ефективността на слънчевите панели зависи от вида силиций, използван в фотогалваничните клетки, тяхната физическа конструкция и начина, по който те доставят електрическа енергия. Стандартните панели с проста технология постигат 10‑12 % ефективност, докато високоефективните модели, оборудвани с контролер за поддържане на оптималното напрежение, достигат близо 20 %. Тези последни са по-скъпи, а решението за тяхната инсталация се определя главно от местната цена на електроенергията.

История

Фотоволтаичният ефект е открит от френския физик Александър Едмънд Бекерел през 1839 г., но истинският пробив настъпи през 1950‑те, когато американската космическа програма разработи слънчеви клетки, способни да захранват сателити. Първите клетки имали около 2 % ефективност. През 60‑те години се появяват комерсиални клетки с 10 % ефективност. Днес изследванията се фокусират върху мултиджъншън и нанотъуби клетки, които в лаборатории достигат до 40 %.

Видове силиций в клетките

Слънчевите клетки се изработват от три основни типа силиций:

• Монокристален силиций – най‑ефективен, всяка клетка е резен от един кристал. Производството е сложно и цената е най-висока.
• Поликристален силиций – среден компромис между цена и ефективност.
• Аморфен силиций – най‑евтин и най‑разпространен. По‑малко ефективен, но работи добре при слаба светлина и облачност.

Проникване на светлината

Ефективността зависи и от количеството светлина, което достига до силициевия слой. Силицийът е естествено отражателен, а покритието от стъкло допълнително отразява светлината. Нерефлектантните покрития намаляват загубите, но стандартните клетки не използват напълно всички спектрални диапазони. Мултиджъншън клетките имат няколко слоя, съобразени с различни честоти на светлината, което им позволява да достигат до 40 % ефективност, но са прекалено скъпи за масово приложение.

Температура

Клетките работят най‑ефективно при по‑ниски температури. Високоефективните клетки могат да загубят около 0,5 % от мощността си за всеки градус Фаренхайт над 80 °F. В пустинните региони на южните САЩ температурите често надвишават 120 °F, затова е важно панелите да бъдат монтирани така, че естественото конвективно охлаждане да се осъществява.

Напрежение

Максималната мощност се извлича, когато клетките работят при номиналното си напрежение. Най‑ефективната схема включва постоянен контролер на напрежението, който поддържа оптималното ниво независимо от типа силиций или температурата.