L'efficienza di un sistema fotovoltaico è la misura della quantità di energia solare disponibile che una cella solare converte in energia elettrica. La maggior parte delle tipiche celle solari al silicio ha un'efficienza massima di circa il 15 percento. Tuttavia, anche un sistema solare con un'efficienza del 15% può alimentare la casa media in un modo economico.

Da dove viene l'energia?

L'energia alla luce del sole entra in pacchetti chiamati fotoni. Questi fotoni trasportano una quantità specifica di energia in base alla loro lunghezza d'onda. Man mano che la lunghezza d'onda diminuisce, l'energia di un fotone aumenta. Questi fotoni eccitano gli elettroni nella cella solare, che li fa fluire attraverso i circuiti, creando corrente elettrica. Per liberare un elettrone nel silicio, un fotone ha bisogno di almeno 1,1 volt elettronici di energia. Un elettronvolt è la quantità di energia necessaria per spostare un elettrone attraverso una differenza di potenziale di un volt. Se un fotone ha più di 1,1 elettronvolt, un elettrone si muoverà attraverso il circuito, ma l'energia in eccesso verrà rilasciata sotto forma di calore. Questo è uno dei motivi per cui le celle solari hanno un'efficienza così bassa; hanno solo bisogno di una quantità di energia molto specifica per funzionare.

Quanta potenza fornisce il sole?

Il Sole fornisce una quantità diversa di energia a seconda di dove sei sulla Terra e dov'è nel cielo I pannelli solari sono generalmente classificati in base alle condizioni standard note come AM1.5. Questo indica la massa d'aria 1,5, che è la condizione di prova accettata per i pannelli solari. A AM1,5, il sole fornisce 1.000 watt per metro quadrato. Tuttavia, l'effettiva energia solare disponibile varia in base alla posizione, alle condizioni meteorologiche e all'ora del giorno.

Quale percentuale del potere del sole possono utilizzare le celle solari?

Per comprendere la potenza del sole, usiamo un modello di radiazione chiamato spettro del corpo nero. Lo spettro del corpo nero ci dice la distribuzione di energia degli oggetti a diverse lunghezze d'onda. Sulla base dello spettro di un corpo nero, il 23 percento dell'energia proveniente dal sole ha una lunghezza d'onda troppo lunga per essere utile ai pannelli solari. Quei fotoni passeranno semplicemente attraverso la cellula. Altre lunghezze d'onda hanno un po 'di energia in eccesso. In effetti, un altro 33 percento dell'energia solare è energia in eccesso che è anche inutilizzabile per le celle solari al silicio. Pertanto, questo lascia solo il 44% dell'energia solare disponibile per le celle solari al silicio. Più di questa energia viene persa a causa della riflessione e di altri processi nella stessa cella. Quindi, mentre la massima efficienza teorica può essere più elevata, la reale efficienza delle celle al silicio è solitamente intorno al 15%.

Come possiamo aumentare l'efficienza del pannello?

Per aumentare l'efficienza del pannello solare, possiamo migliorare e diversificare i materiali che usiamo per realizzarli. Materiali diversi richiedono una quantità diversa di energia del fotone per produrre corrente. Pertanto, i pannelli ibridi possono coprire un numero di valori di volt elettronici diversi al fine di massimizzare l'energia catturata. Un problema con questo approccio è il costo della produzione. Il pannello solare standard è realizzato in silicio, che è ampiamente disponibile e ben compreso. Poiché i materiali utilizzati nei pannelli solari diventano più rari e più specializzati, il costo della produzione aumenta. Pertanto, un aumento dell'efficienza comporta un aumento dei costi.