Efficienza del pannello solare: cosa, come trovarlo, grafico, come aumentare, fatti esaustivi

Conosciamo l'energia solare. L'energia solare del sole può essere convertita in lavoro utile o energia sulla terra. Uno dei dispositivi utilizzati per trasformare l'energia solare in energia elettrica è il pannello solare.

Il pannello solare del dispositivo può immagazzinare e convertire l'energia solare. La quantità di luce solare che può convertirsi in elettricità è descritta dall'efficienza del pannello solare. Una percentuale indica sempre l'efficienza del pannello solare. Questo post si occupa di fornire dettagli esaurienti sull'efficienza dei pannelli solari.

Che cos'è l'efficienza dei pannelli solari?

L'efficienza del pannello solare descrive l'energia solare in ingresso dal sole e l'energia solare in uscita convertita in energia elettrica.

L'efficienza del pannello solare è la misura che specifica il rapporto tra la quantità di luce solare che colpisce la superficie del pannello e la quantità di luce solare convertita in energia elettrica utile. Un pannello solare è costituito da singole celle solari, costituite da strati di silicio, boro e fosforo. Lo strato di boro funge da terminale positivo fornendo cariche positive e il terminale di fosforo funge da terminale negativo costituito da cariche negative. Al contrario, lo strato di silicio funge da semiconduttore.

Principalmente ci sono quattro tipi di pannelli solari. L'efficienza del pannello solare varia per i diversi tipi di pannelli. Il pannello che fornisce la massima energia elettrica è più efficiente. I quattro tipi di pannelli solari sono

• Pannelli solari monocristallini
• Pannelli solari policristallini
• Emettitore passivato e pannelli a celle posteriori (PERC)
• Pannelli a film sottile

In base ai loro componenti e alla capacità di trattenere la luce solare e al tasso di conversione, tutti e quattro i tipi offrono un tasso di efficienza diverso. L'efficienza di tutti e quattro i tipi è data di seguito.

Pannelli solari monocristallini

I pannelli solari monocristallini sono costituiti solo da semiconduttori di silicio puro, quindi sono anche conosciuti come “pannelli solari monocristallini." Tutto il silicio viene tagliato in tante cialde per disporle a formare un pannello. Poiché in questo tipo di pannello viene utilizzato solo silicio; e quindi la sua efficienza è maggiore rispetto alle altre tre. L'efficienza del pannello solare monocristallino è di circa il 20%. Anche se l'efficienza di questo pannello è maggiore, non è conveniente in quanto comporta uno spreco di silicio maggiore durante la produzione.

Pannelli solari policristallini

I pannelli solari policristallini sono realizzati fondendo il silicio puro e versandolo in uno stampo quadrato. Questo tipo di pannello solare è più conveniente perché lo spreco di materiale è minore. L'efficienza del pannello policristallino è decisamente inferiore perché la purezza del silicio viene persa durante la fusione. L'efficienza di questo tipo di pannello solare è di circa il 15-17%.

Emettitore passivato e pannelli a celle posteriori (PERC)

I pannelli solari PERC sono la versione migliorata dei tradizionali pannelli monocristallini. Questa è la nuova tecnologia in cui lo strato di passivazione del pannello si trova sulla superficie posteriore della cella e quindi ne aumenta l'efficienza. L'efficienza di questo tipo di pannello è di circa il 5% in più rispetto a quella dei pannelli monocristallini, ovvero circa il 25% di efficienza per catturare e trasformare la luce solare.

Pannelli a film sottile

I pannelli a film sottile sono diversi dai pannelli cristallini. Sono costituiti da diversi materiali, come ad es

• Tellururo di cadmio (CdTe): questo tipo di pannello solare a film sottile ha un vantaggio a basso costo per l'installazione; tuttavia, il cadmio è tossico e il suo riciclaggio potrebbe essere più costoso rispetto all'installazione. La sua efficienza varia dal 9-11%.
• Silicio amorfo (a-Si): questo pannello è costituito da silicio informe e non è adeguatamente strutturato a livello molecolare. L'efficienza del silicio amorfo è di circa il 6-8%. Il vantaggio di un pannello a-Si è che può fornire maggiore efficienza al minor costo di produzione.
• Seleniuro di rame indio gallio (CIGS): questo tipo di pannello solare è costituito da sottili strati di rame, indio, gallio e selenio, che si depositano sul vetro. La sua efficienza varia dal 13 al 15%. La combinazione di questi elementi produce la massima efficienza rispetto agli altri due pannelli solari a film sottile.

Formula di efficienza del pannello solare

L'efficienza di un pannello solare è data dalla formula

Efficienza(%)=P_max/A*I*100

dove P_max è la potenza massima del pannello, A è l'area del pannello e I=1000W/m²; è la luce solare irradiata in condizioni di prova standard.

Se conosci il valore dei termini di cui sopra, scoprirai facilmente l'efficienza del tuo pannello solare.

Come aumentare l'efficienza dei pannelli solari?

L'efficienza del pannello solare può essere aumentata con vari metodi. Se le impurità dei componenti semiconduttori presenti nel pannello vengono rimosse, l'efficienza del pannello solare aumenta. Ma oltre a questo metodo, abbiamo diversi metodi per aumentare l'efficienza del pannello solare; sono:

• Installazione del concentratore di energia solare – Il concentratore di energia solare è costituito da specchi o lenti che si concentrano su una grande quantità di radiazione solare che colpisce il ricevitore. Questa luce concentrata dal concentratore viene catturata e colpisce il pannello solare con un'efficienza ottimale. Il concentratore garantisce tutta la luce solare disponibile da coinvolgere nel processo di generazione dell'energia elettrica. Un ulteriore vantaggio del concentratore è che può immagazzinare efficientemente la luce solare anche durante la notte.
• Angolo corretto per posizionare il pannello solare: l'efficienza del pannello solare dipende dall'angolo con cui è posizionato il pannello. Se il pannello è rivolto a sud con l'inclinazione corretta, sarà in grado di catturare la massima luce solare e anche di generare più elettricità. Il pannello deve essere posizionato obliquo perché aiuta a mantenere il pannello pulito e ad evitare che particelle di polvere si depositino su di esso.
• Batterie di backup: l'installazione di batterie di backup aiuta a immagazzinare l'energia solare e può essere utilizzata anche durante la notte. L'energia solare catturata dal pannello non andrà sprecata se vengono fornite le batterie di backup e migliorano l'uso esclusivo della luce solare; quindi, l'efficienza è aumentata.
• Temperatura offset: i pannelli solari sono in gran parte influenzati dalla temperatura fuori range e la loro efficienza può diminuire se la temperatura del termometro aumenta. Quindi è meglio installare il pannello solare con uno spazio di 6 pollici tra il tetto e il pannello. In modo che il vento porti via il calore e l'efficienza aumenti generando più elettricità.
• Mantenere il pannello pulito: l'accumulo di polvere, gocce di pioggia e sporco può ridurre l'efficienza del pannello, quindi è necessario mantenerlo pulito.
• Riduzione del numero di dispositivi: l'utilizzo di troppi dispositivi contemporaneamente da generatori di energia solare può distruggere l'efficienza del pannello. Quindi è meglio utilizzare un numero limitato di dispositivi da utilizzare. Evita di utilizzare dispositivi che consumano molta energia, come lavatrici e frigoriferi, perché potrebbero causare problemi di bassa tensione. Se li eviti, l'efficienza dei pannelli solari sarà migliorata e il problema della tensione sarà risolto.

Grafico dell'efficienza dei pannelli solari

L'efficienza del pannello solare può essere rappresentata tracciando un grafico. Il grafico di IV e PV è più conveniente per tracciare l'efficienza dell'energia solare. Nel grafico IV dell'efficienza del pannello solare, la tensione è presa lungo l'asse x e la corrente è presa lungo l'asse y. Nel grafico PV, la potenza viene presa lungo l'asse y e la tensione è lungo l'asse x.

Nel mondo reale, l'efficienza operativa di un pannello solare dipende fortemente da fattori esterni, come il clima e le condizioni ambientali. Tenendo presenti questi fattori, il grafico dell'efficienza del pannello solare è riportato di seguito.

Efficienza dei pannelli solari nel tempo

L'efficienza di un pannello solare si riduce nel tempo. Se hai installato un pannello solare circa cinque anni fa, la sua efficienza non è la stessa ora. Con il passare del tempo, l'efficienza di un pannello solare si riduce.

La velocità con cui i pannelli solari perdono la loro efficienza nel tempo è chiamata velocità di degrado ed è una conseguenza naturale. Il degrado del pannello solare è un processo lento; ci vuole molto tempo per perdere la sua efficienza dell'1%. In uno studio, il nazionale energia rinnovabile il laboratorio ha stimato che l'efficienza di un pannello solare perde dallo 0.5 allo 0.8% ogni anno dall'installazione.

Il tasso di degrado del pannello solare non può essere evitato, ma può essere trascurabile nell'arco di un anno perché il processo di degrado è piuttosto lento. L'efficienza del pannello solare si perde nel tempo principalmente per due motivi.

• Degrado indotto dalla luce: ciò accadrà solo quando lo strato di boro del pannello è ossidato e copre parzialmente il pannello. A causa del degrado indotto dalla luce, è possibile che si perda circa l'1-3% dell'efficienza del pannello.
• Potenziale degrado indotto: questo processo si verifica a causa della dispersione elettrica sul pannello dovuta all'elevata umidità e all'accumulo di sodio sul pannello. È la situazione più rara che si sia verificata per danneggiare l'efficienza.

Tuttavia, possiamo stimare la durata media della vita del pannello solare considerando la loro efficienza. Alcuni anni fa, i produttori indicavano la durata media di vita di un pannello solare di circa dieci anni dal giorno dell'installazione. Ma ora, la tecnologia moderna migliora maggiormente l'efficienza del pannello solare e la sua durata media è stimata in 25 anni.

Efficienza media dei pannelli solari

L'efficienza media di un pannello solare è compresa tra il 15 e il 18%.

I pannelli solari monocristallini e policristallini mostrano il valore medio dell'efficienza dei pannelli solari. Il pannello al seleniuro di rame indio gallio a film sottile mostra un'efficienza massima del 15%. La dimensione standard di pannelli a 60 celle con una potenza nominale di 300-330 watt può avere un'efficienza media del 18%.

Massima efficienza dei pannelli solari

Gli scienziati hanno inventato il pannello solare della massima efficienza utilizzando le nuove tecnologie e l'innovazione in condizioni di laboratorio.

Hanno inventato un grande pannello solare in grado di convertire la luce solare diretta in energia elettrica e la loro efficienza è stimata al 44%. Questa è la massima efficienza dei pannelli solari che sia mai stata realizzata fino ad ora. Questi pannelli solari sono realizzati con celle solari monocristalline. Questi pannelli solari sono realizzati rinforzando i molteplici strati della cella in una singola cella, che è in grado di assorbire direttamente tutta la radiazione dallo spettro solare.

• Gli scienziati utilizzano la nuova tecnologia chiamata "stampa a trasferimento" che assembla ciascuno dei componenti della cellula con alta precisione.
• Il materiale utilizzato in questo pannello è derivato dal "substrato di antimonide di gallio (GaSb)", che viene utilizzato principalmente nella produzione di laser IR e fotorilevatori. Ha la capacità di assorbire ogni parte della radiazione solare diretta.

Ma è difficile ottenere e personalizzare tali pannelli solari di massima efficienza perché è altamente inaccessibile. Anche il costo di produzione è alto e rischioso.

Massima efficienza del pannello solare

La massima efficienza del pannello solare è di circa il 25%; un pannello solare chiamato PERC è in grado di produrre elettricità con la massima efficienza.

Il pannello solare più efficiente disponibile sul mercato è efficiente del 22.8%. X22 è il pannello solare monocristallino con la massima efficienza. Un pannello solare policristallino può avere la massima efficienza del 17%. Quindi il pannello solare monocristallino ha la massima efficienza.

Come calcolare l'efficienza dei pannelli solari?

L'efficienza di un pannello solare può essere facilmente calcolata se si conosce la potenza di uscita del pannello solare, l'area del pannello e la quantità di luce solare irradiata sul pannello. Sostituendo il valore di questi dati forniti, è possibile calcolare l'efficienza del pannello solare utilizzando la formula;

Efficienza(%)=P_max/A*I*100

Per una migliore comprensione, risolviamo un problema per te. Un pannello solare ha una potenza di uscita massima di 310 watt e la sua superficie è di 2.2 m2. L'irraggiamento della luce solare viene scelto in base alla condizione di prova standard (STC). Calcola l'efficienza del pannello solare.

Dalla domanda precedente, ci viene fornita la massima potenza di uscita P_max=310 watt e l'area del pannello A=2.2 m². In base alle condizioni di prova standard, si presume che la luce solare irradiata sul pannello sia di 1000 watt/m².

Sostituendo tutti i valori nell'equazione data

Efficienza(%)=P_max/A*I*100

Efficienza(%)=310/2.2*1000*100

310 / 2200 * 100

Efficienza(%)=0.1409×100

Efficienza(%)= 14.09%

L'efficienza di un dato pannello solare è di circa il 14%, che è un po' meno efficiente. Possiamo anche prevedere che il pannello solare possa essere un pannello a film sottile in base al valore della loro efficienza.

Domande frequenti

Quali sono i fattori che influenzano l'efficienza dei pannelli solari?

Diversi sono i fattori che incidono largamente sulle prestazioni del pannello solare e di conseguenza ne riducono l'efficienza; sono

• Temperatura: mostra l'effetto inverso sull'efficienza. Se la temperatura aumenta, l'efficienza diminuisce e se la temperatura diminuisce, l'efficienza sarà maggiore.
• Conversione dell'energia: i pannelli solari mostrano risposte diverse per spettri diversi; questo può portare a cambiamenti nell'irradiazione spettrale, che influiscono sulla produzione di energia.
• Schermatura solare: i pannelli solari sono realizzati in modo tale che molte singole celle solari siano disposte in serie e collegate tra loro per produrre alta tensione. Se una singola cella è ombreggiata significa che tutte le altre celle sono virtualmente ombreggiate, il che porta alla perdita di energia.
• Anche l'orientamento del pannello, l'angolo di inclinazione del pannello, la latitudine e il clima influenzano ampiamente l'efficienza del pannello solare.

Possiamo raggiungere il 100% di efficienza del pannello solare?

Idealmente, sì, possiamo ottenere un pannello solare efficiente al 100% se è in grado di catturare e convertire tutta la luce solare irradiata. Ma in pratica, non possiamo.

Lo spettro solare è costituito da fotoni con un'ampia gamma di energie. Alcuni fotoni possono avere energie superiori al gap di banda di un semiconduttore e quindi non è possibile l'assorbimento di tutta la luce solare irradiata. Quindi è difficile ottenere un pannello solare efficiente al 100%.

Quali sono i vantaggi dei pannelli solari?

Poiché il pannello solare trattiene l'energia solare, che è una fonte di energia rinnovabile, ha una vasta gamma di vantaggi che viene fornita di seguito:

• Converte l'energia solare in energia elettrica senza l'emissione di alcuna sostanza tossica, quindi è ecologico.
• Anche se l'investimento iniziale è piuttosto costoso, la manutenzione non costa molto in quanto non richiede altri combustibili per la generazione di energia elettrica.
• L'implementazione di pannelli solari per fornire elettricità per far funzionare i dispositivi domestici può ridurre la bolletta dell'elettricità.
• L'installazione del pannello solare e il suo corretto utilizzo porta a ridurre l'utilizzo di combustibili fossili che sono fonti di energia non rinnovabili.

Qual è il motivo principale dietro l'efficienza di un pannello solare?

L'efficienza del pannello solare si basa sul semiconduttore utilizzato nella produzione.

Supponiamo che un pannello sia costituito da un semiconduttore puro o drogato con una quantità trascurabile di impurità; quel pannello mostra una maggiore efficienza. Una minore quantità di impurità migliora la creazione di più combinazioni elettrone-lacuna e quindi utilizza l'energia totale catturata. Quindi l'efficienza sarà maggiore.

Per saperne di più, leggi Pannello solare portatile.

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