太阳能电池板效率是多少?定义和重要性

太阳能板
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在一个小时的时间里,太阳提供足够的能量来促进一整年的人类文明。太阳能电池板只能捕捉到最多四分之一的太阳能能量击中它们并将其转换为电力 - 自从阳光 - 自从此产生了巨大的改善第一光伏电池是在1839年创建的 - 但研究正在进行,以提高太阳能电力的效率,加速过渡到清洁,可再生能力。

创建一个高效的太阳能电池板有许多因素,因此了解要查找的内容可以帮助您在安装上省钱并帮助您随着时间的推移保持效率。然而,请记住,太阳系中的实际硬件仅为屋顶太阳系总成本的三分之一(35%)。其余的是“软成本“如劳动力,允许和设计。因此,虽然太阳能电池板效率很重要,但它只是一个较大的包装中的一个元素。

为什么效率很重要

如果您有无限制的空间,并且在田间或空仓中是地面安装的太阳能电池板,那么效率要小于您在屋顶上安装它们,那里充分利用有限的空间很重要。更高的效率降低了太阳系的整体成本,并降低了太阳能所有者收回其安装成本的时间。生产太阳能电池板的环境影响也降低,随着效率更高的面板可以更快地偿还用于生产面板的能量,并且需要生产更少,更高效的面板来产生相同数量的电力。

哪些因素决定太阳能电池板效率?

太阳能电池将来自阳光的光子(能量分组)转换成在伏特中测量的电子的电流,因此是术语光伏(PV)。太阳能电池板常用的光伏电池由硅晶体制成,尽管其他元素(例如硒和锗)也具有光伏性能。找到右晶结构中最有效的元件或元素组合决定了太阳能电池板的效率如何,但也是其他因素也是如此。

反射

未经治疗,30%或以上攻击光伏电池的光子将被反射为光。最小化反射涉及涂覆和纹理PV电池以吸收而不是反射光,这就是为什么太阳能电池板的颜色为暗。

波长

到达地球的太阳辐射包括来自X射线到无线电波的大部分电磁谱,其中大约一半的辐射来自来自紫外线到红外线的带。随着波长越来越短,光子的能量增加,这就是为什么颜色蓝色具有比红色更高的原因。设计光伏电池涉及考虑这些不同的波长,以最大限度地利用具有不同波长和不同能量水平的光子发电的效率。

重组

重组与生成相反。当来自太阳的光子被PV电池吸收时,光子激发晶体中的电子并使它们跳到导电材料中,产生“自由电子”(电力)的电流。但如果电子的能量很弱,它重组用另一电子留下的“孔”,从未离开硅晶体。相反,它释放热量或光而不是产生电流。

重组可以是PV电池的晶体结构中的缺陷或杂质引起的。然而,晶体中的杂质是在特定方向上移动电子;否则,不会创建电流。挑战是减少重组水平,同时保持电流。

温度

美国直接普通太阳能辐照区地图

由国家可再生能源实验室,金色,CO提供。

奥古斯塔,缅因州收到每天大约4.8个阳光,略低于佐治亚州奥古斯塔的5.0每天5.0季节。然而,光伏电池在较低的温度下更好地工作,因此缅因州屋顶上的面板可能在生产电力方面比奥古斯塔,格鲁吉亚奥古斯塔屋顶更有效,即使他们的日常insolation较低。

什么是纠缠?

isolation是一段时间内的区域的平均太阳辐射的测量。

太阳能电池板在他们的最大效率根据Enersage,在15°C(59°F)和35°C(95°F)之间的温度下,但面板本身可以升至65°C(150°F)。面板将被标记为a温度系数,这是它们对25°C(77°F)高出效率的速度。温度系数为-0.50%的面板将损失25°C以上的每一度的效率。

太阳能电池板如何测试效率?

基本上,测试太阳能电池板的效率意味着找到太阳能电池板能够产生的电量之间的比率和面板暴露于面板的太阳辐照度。以下是该测试的进行:

太阳能电池板在25°C下测试,暴露于每平方米的每平方米太阳辐照度 - 所谓的“标准试验条件”(STC),然后测量它们的电力输出。

在瓦特中测量的面板的电源输出额定值(PMAX)是太阳能电池板设计用于在STC下产生的最大功率量。标准住宅面板可能具有275-400瓦的输出等级。

例如:STC下的2平方米的面板将暴露在2,000瓦上。如果它具有350瓦的功率输出额定值(Pmax),则将具有17.50%的效率等级。

为了计算面板的效率,然后,将PMAX除以面板的太阳辐照度,然后乘以100%。所以,350/2000 = .1750,和.1750 x 100 = 17.50%。

最大化效率的提示

清洁太阳能电池板。

Ian Waldie /员工/盖蒂图像

最有效的面板可能不是最好的钱。考虑面板的整个系统成本(从“软成本”分开)。鉴于面板的效率,在接下来的25年里,它们会产生多少瓦特(假设标准测试条件)?你需要多少瓦特?也许你是过度建设,而较低的效率系统将以较低的成本提供所有需求。

安装了太阳系后,保持面板清洁。定期降雨将完成这项工作,但如果你居住在干燥的气候中,每年使用普通水(没有肥皂,可以留下电影)去除灰尘和污垢。如果它们过度悬挂屋顶,并拆下面板和屋顶之间的任何碎屑,因为更大的空气循环使您的面板更冷。如果需要,可以获得太阳能easeard以从邻近障碍物中删除阴影。

具有太阳系的软件将在千瓦时(kWh)中监控其输出。如果发现随着时间的推移输出下降,则所有其他条件相等,都有您的系统测试。这些测试需要AMPMeter和万用表:咨询专业人士,因为您可以通过错误地进行测试来损坏您的面板。

太阳能未来很明亮

光伏电池效率发展的时间表

由国家可再生能源实验室,金色,CO提供。

在2021年6月,最大效率太阳能光伏面板在市场上是22.6%,而其他一些厂商的细胞超过20%。这就是为什么研究正在进行研究,以创造可以在商业上可行的材料的更有效组合。佩洛夫斯基斯或者有机光伏电池可能很快达到商业化,而更多的发明方法如人造光合作用表明承诺,即使他们仍处于发展的早期发展阶段。实验室的研究已经产生了PV细胞,效率近50%,但将该研究推向市场是太阳能技术未来的关键。

查看文章来源
  1. Bhandari,Khagendra P.,Et。al。“能源投资时间(EPBT)和能源投资的能源回报(EROI)的太阳能光伏系统:系统审查和荟萃分析。”可再生和可持续能源评论47(2015年7月),133-141。https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.02.057

  2. 有关全面的讨论,请参阅Jaffe,Robert L.和华盛顿泰勒,能量的物理。剑桥大学出版社,2018年,第23章,这一部分的大部分都是基于的。