A fényintenzitás hatása a napelemre: mi történik felhős időben?

Röviden: ha változik a napelemre eső fény erőssége, a cella szinte minden jellemzője változik. Az áram a fénnyel arányosan nő vagy csökken, a feszültség sokkal kevésbé. Gyenge fénynél a cella belső szivárgása is több veszteséget okoz.

Mi az az „1 nap”?

A cellára jutó fény erősségét „napok” számával adják meg. Az 1 nap a szabványos, AM1.5 spektrumú megvilágításnak felel meg, ami 1 kW/m². Ha egy cellára 10 kW/m² jut, az 10 nap, vagyis 10X megvilágítás.

Az olyan napelemet, amelyet 1 nap megvilágításra terveztek, síkpaneles („flat plate”) modulnak hívják. Azokat, amelyek összegyűjtött, koncentrált napfénnyel dolgoznak, koncentrátor modulnak.

Áram és feszültség a fény függvényében

A rövidzárási áram a fényintenzitással egyenesen arányos: egy cella 10 nap alatt tízszer akkora rövidzárási áramot ad, mint 1 napnál. Ez azonban önmagában nem javítja a hatásfokot, mert a beeső teljesítmény is ugyanilyen arányban nő.

A hatásfok előnye a feszültségből jön, ami a fényerősséggel logaritmikusan nő. A forrás számítása szerint a fény megduplázása (X = 2) 18 mV-os növekedést okoz az üresjárási feszültségben.

A koncentrátorok előnye, hogy nagyobb hatásfok érhető el velük, és olcsóbbak lehetnek, mert csak kis cellaterület kell. Ezt a hasznot viszont rontja, hogy a soros ellenállás miatti veszteség a koncentrációval négyzetesen nő, mivel az áram négyzetével arányos, valamint hogy a cella melegebben dolgozik.

Mi a helyzet gyenge fénynél?

A Nap felől érkező teljesítmény napközben 0 és 1 kW/m² között változik. Gyenge fénynél egyre fontosabbá válik a cella söntellenállása (az az ellenállás, amelyen át a cella árama „elszivároghat”). A fény csökkenésével a munkapont és a cellán átfolyó áram is csökken, és a cella egyenértékű ellenállása közelíthet a söntellenálláshoz. Ha a kettő hasonló, a teljes áram nagyobb hányada folyik át a söntellenálláson, vagyis nő a söntellenállás okozta veszteség aránya.

Ennek következménye, hogy felhős időben a nagy söntellenállású cella megtartja eredeti hatásfokának nagyobb részét, mint a kis söntellenállású. A forrás egy kristályos szilíciumcellák gyenge fényű teljesítményét vizsgáló konferenciacikkre hivatkozik ennek alátámasztására.

Miért fontos ez a gyakorlatban?

Egy napelem teljesítménye nem csak azon múlik, hogy süt-e a nap, hanem azon is, mennyire erős a fény. A cella paraméterei (rövidzárási áram, feszültség, kitöltési tényező, hatásfok) mind változnak, és a soros, illetve söntellenállás hatása is más-más fényerősségnél a legerősebb: a soros ellenállás nagy fényerősségnél, a söntellenállás kis fényerősségnél számít többet.

Ezért nem ugyanazt jelenti a névleges adat és a valós termelés egy borús őszi napon. A számok hátteréhez nézd meg a hőmérséklet hatásáról szóló cikket és az I–V görbéről szóló áttekintést, a magyarországi termelési adatokhoz pedig a Mit termel egy 800 W-os rendszer Magyarországon cikket.