Pannelli solari : Quanto sono efficienti i pannelli solari?
L'efficienza di un pannello solare è la percentuale di energia solare che viene convertita in energia elettrica utilizzabile.
L'aumento dell'efficienza di conversione è un obiettivo importante della ricerca perché contribuisce a rendere le tecnologie dei pannelli solari competitive in termini di costi rispetto alle fonti energetiche tradizionali. Più efficiente è il tuo pannello solare, più elettricità produrrà per quantità di energia solare che colpisce la cella, richiedendo meno superficie per soddisfare le tue esigenze energetiche.
- Fattori che influenzano l'efficienza dei pannelli solari
- Frequenza
- Ri combinazione
- Temperatura
- Riflessione
- Ombreggiamenti solari
- Determinazione dell'efficienza dei pannelli solari
- Calcolo delle prestazioni dei pannelli solari
- Condizioni di prova standard per i pannelli
- La temperatura ha un impatto sull'efficienza dei pannelli solari.
- Pannelli solari standard vs Premium
- Degrado, tempo ed efficienza dei pannelli solari
- Tipi di pannelli solari ed efficienza
- Pannelli in silicio monocristallino
- Pannelli in silicio policristallino
- Pannelli fotovoltaici integrati nell'edificio
- Tecnologia delle celle solari a film sottile
- Altri fattori che influiscono sull'efficienza dei pannelli solari
- Piani solari
- Progettazione di sistemi a energia solare
- Migliorie per la casa
- Esposizione media al sole
Fattori che influenzano l'efficienza dei pannelli solari
La maggior parte dei Pannelli solari oggi ha un indice di efficienza energetica dall'11 al 15%, che è la percentuale di energia solare convertita in elettricità utilizzabile.
Sebbene questa possa sembrare una piccola percentuale, vengono costantemente fatti progressi nelle tecnologie dell'energia solare e i pannelli moderni possono più che soddisfare i requisiti energetici della maggior parte delle esigenze residenziali e aziendali.
Oggi i ricercatori lavorano costantemente per migliorare le prestazioni della tecnologia dell'energia solare.
Gli scienziati hanno ora raggiunto prestazioni record del 40% utilizzando celle multi-giunzione sintonizzate per raccogliere diverse lunghezze d'onda della luce sullo spettro elettromagnetico.
Se hai un tetto più piccolo e uno spazio limitato, un Pannello solare più efficiente potrebbe essere l'opzione migliore per te.
Questi pannelli potrebbero essere leggermente più costosi a causa della loro maggiore efficienza, ma soddisferanno comunque le tue esigenze energetiche.
Tuttavia, se hai più spazio, potresti essere in grado di soddisfare le tue esigenze energetiche con pannelli meno efficienti e meno costosi, risparmiando denaro sull'installazione.
Considerare il costo complessivo dei pannelli e la potenza in kilowatt può aiutarti a determinare quale sia il migliore per la tua installazione.
Non tutta l'energia solare che colpisce una cella fotovoltaica viene convertita in elettricità.
La maggior parte è persa.
Una varietà di fattori nella progettazione del Pannello solare contribuisce alla capacità di una cella di convertire la luce solare che raccoglie.
È possibile ottenere maggiori prestazioni progettando tenendo presenti questi fattori:
Frequenza
La luce è composta da fotoni, o pacchetti di energia, con un'ampia gamma di lunghezze d'onda ed energie.
Le frequenze della luce solare che raggiungono la superficie terrestre vanno dall'ultravioletto al visibile all'infrarosso.
Alcuni fotoni vengono riflessi quando la luce colpisce la superficie di un pannello solare, mentre altri lo attraversano.
Alcuni dei fotoni assorbiti hanno la loro energia convertita in calore.
Il resto ha energia sufficiente per separare gli elettroni dai loro legami atomici, risultando in elettroni liberi e corrente elettrica.
Ri combinazione
Un "portatore di carica", come un elettrone caricato negativamente, può fluire attraverso un semiconduttore per consentire il flusso di corrente elettrica.
Un "buco" è un altro tipo di portatore di carica che indica l'assenza di un elettrone all'interno del materiale e agisce come un portatore di carica positivo.
Quando un elettrone entra in collisione con una lacuna, può ricombinarsi e quindi annullare il suo contributo alla corrente elettrica.
La ricombinazione diretta, in cui elettroni e lacune generati dalla luce si scontrano, si ricombinano e generano un fotone, inverte il processo di generazione di energia elettrica in un pannello solare.
È tra i principali fattori che limitano l'efficienza.
La ricombinazione indiretta si verifica quando elettroni o lacune entrano in contatto con un'impurità, un difetto nella struttura cristallina o un'interfaccia che consente loro di ricombinarsi e rilasciare energia termica.
Temperatura
Normalmente, i Pannelli solari danno il meglio alle basse temperature.
L'aumento della temperatura provoca lo spostamento delle proprietà del semiconduttore, portando a un leggero aumento della corrente ma a un calo molto maggiore della tensione.
Aumenti di temperatura elevati possono anche danneggiare la cella e altri materiali dei moduli, con conseguente riduzione della durata operativa.
Poiché gran parte della luce solare che colpisce le celle si converte in calore, un'adeguata resistenza termica migliora le prestazioni e la durata.
Riflessione
Le prestazioni di un Pannello solare possono essere migliorate riducendo la quantità di luce riflessa dalla sua superficie.
Il silicio non trattato, ad esempio, riflette più del 30% della luce in entrata.
I rivestimenti antiriflesso e le superfici strutturate aiutano a ridurre i riflessi.
Una cella ad alta efficienza sarà di colore blu scuro o nero.
Ombreggiamenti solari
I Pannelli solari sono estremamente vulnerabili all'ombreggiamento solare.
L'ombreggiatura totale o parziale ha un effetto maggiore sulla capacità di erogazione di energia e può portare a una riduzione dell'efficienza e delle perdite di potenza.
Le celle di un Pannello solare sono generalmente collegate in serie per produrre una tensione più elevata e quindi una quantità adeguata di elettricità.
Tuttavia, quando si verifica l'ombreggiatura, questa struttura presenta alcune limitazioni.
Quando una singola cella solare è in ombra, la corrente dell'intera serie è dettata dall'unità che produce meno corrente.
Quando una cella è ombreggiata, l'intera serie viene effettivamente ombreggiata.
I diodi di bypass sono comunemente usati nelle installazioni per prevenire perdite di potenza.
Le celle solari sono collegate in parallelo con diodi di bypass.
Quando una cella solare è ombreggiata, il diodo di bypass fornisce un percorso di corrente che consente alla sequenza integrata di celle solari di produrre elettricità a una tensione inferiore.
Determinazione dell'efficienza dei pannelli solari
I ricercatori misurano l'efficienza di una cella solare per prevedere quanta energia genererà la cella.
Il prodotto di corrente e tensione è l'elettricità.
Le proprietà elettriche dei Pannelli solari vengono misurate utilizzando le relazioni corrente-tensione.
Quando una specifica resistenza di "carico" è collegata tra i due terminali di una cella o modulo, la corrente e la tensione prodotte si regolano (la corrente attraverso un conduttore tra due punti è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale tra i due punti).
L'efficienza viene valutata esponendo la cella a una quantità di luce costante e di base, mantenendo una temperatura costante della cella e quantificando la corrente e la tensione generate per varie resistenze di carico.
Calcolo delle prestazioni dei pannelli solari
Quando si tratta di energia solare per la tua casa, vorrai ottenere il massimo ritorno sull'investimento.
Quali pannelli solari, tuttavia, generano più energia?
La risposta è determinata da una serie di fattori, tra cui le dimensioni del pannello, l'efficienza con cui il pannello converte la luce solare in energia elettrica, la quantità di luce solare ricevuta dal pannello, l'allineamento del pannello rispetto al sole e una varietà di altre variabili.
Condizioni di prova standard per i pannelli
La misura standard della produzione di elettricità dei Pannelli solari è determinata testando i pannelli in condizioni normali, denominate Condizioni di prova standard (STC).
L'STC calcola la generazione di energia di un Pannello solare in base a condizioni comuni come l'esposizione alla luce, l'orientamento e la temperatura del pannello.
Un pannello da 250 watt genera 250 watt di elettricità quando la luce solare sul pannello è di 1000 watt per metro quadrato mentre funziona a 25°C, secondo STC.
Sotto STC, le aziende solari devono produrre celle solari che soddisfano o superano la loro potenza commercializzata.
Un altro fattore che influenza la quantità di energia prodotta da un Pannello solare è la sua efficienza.
Ad esempio, un pannello con un'efficienza del 20% convertirà il 20% di tutta la luce che lo colpisce in elettricità.
Una maggiore quantità di luce solare sarà convertita in energia da un pannello con prestazioni più elevate.
La maggior parte dei Pannelli solari ha indici di efficienza che vanno dal 15% al 18%.
Tuttavia, poiché le condizioni del mondo reale differiscono dall'STC, un pannello standard raramente genera la potenza ottimale commercializzata.
Ad esempio, la temperatura del tuo Pannello solare raramente è di 25°C costanti.
La maggior parte dei Pannelli solari ha una temperatura di 20°C più calda dell'aria circostante.
In altre parole, se la temperatura esterna è di 20°C, è probabile che la temperatura del Pannello solare sia di circa 40°C.
La temperatura ha un impatto sull'efficienza dei pannelli solari.
La temperatura operativa nominale della cella (NOCT) e il coefficiente di temperatura del coefficiente di temperatura massima di potenza (Pmax) sono due cifre chiave da considerare quando si determina la quantità di energia che si otterrà dal pannello solare.
Il NOCT è la temperatura che il pannello raggiunge quando è esposto a 800W/m2 di attività solare (l'equivalente energetico del sole moderato) a una temperatura di 20°C.
Il coefficiente di temperatura di Pmax è la percentuale di energia persa da un Pannello solare per ogni grado Celsius al di sopra della temperatura STC di 25°C.
Per valutare i livelli di prestazione (rispetto all'efficienza ideale) dei tuoi pannelli solari, sottrai la temperatura del tuo Pannello solare dalla temperatura STC di 25°C, quindi moltiplica tale cifra per il coefficiente di temperatura di Pmax.
Questa stima risulterà in una percentuale negativa, che potrai poi detrarre dalla tua valutazione iniziale delle prestazioni.
Degrado, tempo ed efficienza dei pannelli solari
Ci sono stati numerosi progressi che hanno contribuito a rendere i Pannelli solari più efficienti.
Questi progressi si sono sviluppati in modo esponenziale al punto che l'energia solare pulita è ora un'opzione praticabile per un numero molto maggiore di persone rispetto a prima.
Poiché ogni produttore di Pannelli solari produce i bit dei propri pannelli in modo diverso, ogni pannello ha un tasso di degradazione diverso.
Secondo la ricerca, le prestazioni dei Pannelli solari diminuiscono di circa lo 0,8%.
In altre parole, dopo un anno, il tuo Pannello solare genererà il 99,2% dell'energia elettrica che produceva quando era nuovo; dopo dieci anni genererà il 92% dell'elettricità che produceva quando era nuova; e così via.
I Pannelli solari sofisticati molto probabilmente si degraderanno a un ritmo molto più lento.
Alcuni sostengono addirittura tassi di degrado fino allo 0,3%.
Anche l'ambiente in cui posizioni il tuo Pannello solare ha un impatto sulla produzione di energia.
Più luce solare raccolgono i tuoi pannelli, più elettricità possono generare.
Se i tuoi pannelli solari sono posizionati in un'area ombreggiata da alberi ad alto fusto o altre strutture, non genereranno quanta più elettricità potrebbero.
Secondo la ricerca, un'ombreggiatura dal 20 al 30% può comportare una riduzione del 30-40% della produzione di energia.
Allo stesso modo, se i tuoi pannelli solari sono sporchi, polverosi o coperti di neve, foglie o altri detriti, non genereranno la stessa quantità di elettricità che genereranno quando saranno puliti.
L'inverter è un altro componente essenziale del Pannello solare che influenza la produzione di elettricità.
L'inverter converte l'elettricità a corrente continua (DC) in corrente alternata (AC) (il tipo che usi a casa).
L'efficienza dell'inverter determina la quantità di energia CC che viene convertita in elettricità CA.
Il tipo più efficiente sono gli inverter senza trasformatore.
Tuttavia, i nuovi micro-inverter e gli ottimizzatori di potenza che si collegano a numerosi pannelli solari anziché all'intero array aiutano ad aumentare la potenza su base per pannello, rendendoli un'opzione migliore per array multi-pannello più grandi.
La generazione di energia è anche influenzata dal modo in cui i pannelli sono allineati all'interno di un sistema.
Se sono interconnessi più pannelli di tensione, l'intero array utilizzerà il pannello con la tensione più bassa, riducendo l'efficienza del sistema.
Ci sono numerosi fattori da considerare per determinare quanta energia genererai dai tuoi pannelli solari.
Il modo migliore per garantire il successo è acquistare da un'azienda certificata nota per la produzione di pannelli ad alta efficienza e posizionare i pannelli in modo che ricevano la maggior parte della luce solare.
Tipi di pannelli solari ed efficienza
Ci sono vari elementi che compongono l'efficienza dei pannelli solari, li abbiamo dettagliati per te di seguito.
Pannelli in silicio monocristallino
I pannelli monocristallini o singoli in silicio sono probabilmente il tipo più efficace di Pannelli solari fotovoltaici oggi disponibili.
Questi pannelli di forma quadrata sono adatti per impianti solari elettrici montati sul tetto.
Sono più costosi di altri tipi di pannelli a causa del maggiore contenuto di silicio utilizzato nella progettazione.
Poiché più energia solare viene convertita in elettricità, la maggior parte delle configurazioni del tetto richiede un minor numero di pannelli per raggiungere gli stessi requisiti energetici.
Pannelli in silicio policristallino
Poiché i pannelli in silicio policristallino o multistrato utilizzano meno silicio, sono spesso meno costosi delle loro controparti più efficienti.
Usano un design per aiutare a ridurre la perdita di efficienza, consentendo loro di essere utilizzati su sistemi montati sul tetto.
Poiché sono meno costosi, sono adatti per progetti e installazioni più grandi.
I pannelli in silicio policristallino sono anche più resistenti al calore.
Pannelli fotovoltaici integrati nell'edificio
L'aspetto di un edificio è fondamentale.
I proprietari di edifici storici o quelli con un design estetico distintivo, ad esempio, possono essere riluttanti a distorcere le caratteristiche distintive di un edificio installando un sistema elettrico solare.
Il fotovoltaico integrato negli edifici è disponibile per aiutare a contrastare i cambiamenti estetici che i Pannelli solari possono causare.
Sebbene possano mantenere l'aspetto delle coperture convenzionali, questi pannelli sono più costosi e meno efficienti delle alternative.
Tecnologia delle celle solari a film sottile
Le celle a film sottile sono una tecnologia solare più recente che comprende uno o più strati di film sottili di celle fotovoltaiche legati a materiali esistenti come coperture metalliche o finestre di vetro.
Poiché questi film fotovoltaici sono così sottili, sono più leggeri e più flessibili di altri pannelli solari.
Sebbene la tecnologia a film sottile sia incredibilmente versatile, non è priva di inconvenienti.
I sistemi a film sottile sono meno efficienti e si degradano più rapidamente dei tradizionali sistemi solari, ma stanno cercando di migliorare con l'avanzare della tecnologia.
Altri fattori che influiscono sull'efficienza dei pannelli solari
Questi fattori non hanno alcun impatto sull'efficienza dei pannelli stessi, ma sul modo in cui il tuo sistema di energia solare produce energia da utilizzare in casa.
Piani solari
In modo significativo, il tuo piano solare aiuterà a determinare l'efficienza.
Il tuo piano solare ti aiuterà a valutare quanto siano convenienti i tuoi Pannelli solari invece di aumentare o ridurre le loro prestazioni.
Avrai voglia di trovare l'offerta migliore per te e le tue circostanze particolari.
Progettazione di sistemi a energia solare
Il design è una considerazione fondamentale nel determinare l'efficienza dei pannelli solari.
Se i tuoi Pannelli solari non sono installati correttamente, potrebbero non generare energia adeguata per soddisfare le tue esigenze.
Migliorie per la casa
Rendere la tua casa più efficiente dal punto di vista energetico è un altro rimedio che aiuterà i tuoi Pannelli solari a fornirti l'energia di cui hai bisogno.
Ad esempio, se hai uno scaldabagno elettrico, una quantità significativa di elettricità viene utilizzata per riscaldare la nostra acqua.
Il passaggio a uno scaldacqua elettrico a pompa di calore può in alcuni casi risparmiare energia elettrica.
L'elettricità viene utilizzata anche da elettrodomestici come lavastoviglie, lavatrici, asciugatrici e condizionatori d'aria.
Tutti questi apparecchi dovrebbero essere aggiornati regolarmente.
Ciò non significa che devi sostituirli ogni anno, ma se puoi permetterti di farlo, fallo.
Oltre ad aggiornare i tuoi elettrodomestici, puoi apportare numerosi altri miglioramenti in casa per sfruttare al meglio i tuoi pannelli solari.
Trova modi per rendere la tua casa più efficiente dal punto di vista energetico per far funzionare l'elettricità dai tuoi Pannelli solari in modo più efficiente.
Esposizione media al sole
Alcune case ricevono un'esposizione al sole significativamente maggiore di altre.
Questo potrebbe essere dovuto a un grande albero nel cortile.
Potrebbe essere perché la casa si trova accanto a una struttura più alta che blocca il sole.
Potrebbe essere solo un problema meteorologico.
Alcuni posti non prendono molto sole.
Potrebbe anche essere l'orientamento della tua casa o la forma del tuo tetto.
Qualunque sia la ragione, uno spostamento dell'esposizione al sole si tradurrà in uno spostamento della potenza del pannello solare.
Anche nella stessa zona, questi cambiamenti possono variare notevolmente da casa a casa.