De efficiëntie van een fotovoltaïsch systeem is de meting van hoeveel van de beschikbare zonne-energie een zonnecel omzet in elektrische energie. De meeste typische siliciumzonnecellen hebben een maximale efficiëntie van ongeveer 15 procent. Maar zelfs een zonnestelsel met 15 procent efficiëntie kan het gemiddelde huis op een kosteneffectieve manier van stroom voorzien.

Waar komt de energie vandaan?

Energie in zonlicht komt in pakketten die fotonen worden genoemd. Deze fotonen hebben een specifieke hoeveelheid energie afhankelijk van hun golflengte. Naarmate de golflengte afneemt, neemt de energie van een foton toe. Deze fotonen wekken elektronen op in de zonnecel, waardoor ze door het circuit stromen en elektrische stroom opwekken. Om een ​​elektron in silicium vrij te maken, heeft een foton minstens 1,1 elektronenvolt aan energie nodig. Een elektronvolt is de hoeveelheid energie die nodig is om een ​​elektron door een potentiaalverschil van één volt te laten bewegen. Als een foton meer dan 1,1 elektronvolt heeft, zal een elektron door het circuit bewegen, maar overtollige energie zal als warmte vrijkomen. Dit is een van de redenen dat zonnecellen zo'n lage efficiëntie hebben; ze hebben alleen een heel specifieke hoeveelheid energie nodig om te werken.

Hoeveel stroom levert de zon?

De zon biedt een andere hoeveelheid kracht, afhankelijk van waar je bent op aarde en waar het in de lucht is. Zonnepanelen worden doorgaans beoordeeld met de standaardomstandigheden die bekend staan ​​als AM1.5. Dit staat voor luchtmassa 1.5, wat de geaccepteerde testvoorwaarde is voor zonnepanelen. Bij AM1.5 levert de zon 1000 watt per vierkante meter. De werkelijke beschikbare zonne-energie varieert echter met de locatie, weersomstandigheden en het tijdstip van de dag.

Welk percentage van de zonne-energie kunnen zonnecellen gebruiken?

Om de kracht van de zon te begrijpen, we gebruiken een stralingsmodel dat het blackbody-spectrum wordt genoemd. Het blackbody-spectrum vertelt ons de energieverdeling van objecten op verschillende golflengten. Gebaseerd op een blackbody-spectrum, heeft 23 procent van de energie van de zon een golflengte te lang om bruikbaar te zijn voor zonnepanelen. Die fotonen gaan gewoon door de cel. Andere golflengten hebben wat overtollige energie. In feite is nog eens 33 procent van de zonne-energie overtollige energie die ook onbruikbaar is voor siliciumzonnecellen. Daarom laat dit slechts 44 procent van de zonne-energie over aan siliciumzonnecellen. Meer van deze energie gaat verloren als gevolg van reflectie en andere processen in de cel zelf. Hoewel de theoretische maximale efficiëntie mogelijk hoger is, is de werkelijke efficiëntie van siliciumcellen meestal ongeveer 15 procent.

Hoe verhogen we de efficiëntie van panelen?

Om de efficiëntie van zonnepanelen te verhogen, we kunnen de materialen verbeteren en diversifiëren die we gebruiken om ze te maken. Verschillende materialen vereisen een andere hoeveelheid fotonenergie om stroom te produceren. Daarom kunnen hybride panelen een aantal verschillende elektronvoltwaarden bedekken om de opgenomen energie te maximaliseren. Een probleem met deze benadering zijn de productiekosten. Het standaard zonnepaneel is gemaakt van silicium, dat op grote schaal beschikbaar en goed begrepen is. Omdat de gebruikte materialen in zonnepanelen zeldzamer en gespecialiseerder worden, stijgen de productiekosten. Daarom gaat een verhoging van de efficiëntie gepaard met hogere kosten.