بشكل عام إن كفاءة النظام الكهروضوئي عبارة عن: قياس مقدار الطاقة الشمسية المتاحة التي تحولها الخلية الشمسية لطاقة كهربائية، وعادةً ما تتمتع معظم خلايا السيليكون الشمسية النموذجية بكفاءة قصوى تبلغ ما يقرب من حوالي 15 بالمائة، وهذا النظام الشمسي يمكنه حقاً تشغيل العديد من المنازل العادية بطريقة فعالة من حيث التكلفة، ولكن ما هو متوسط كفاءة النظام الكهروضوئي؟
متوسط كفاءة النظام الكهروضوئي
من أين تأتي الطاقة؟
كما نعلم تستقبل الألواح الشمسية الطاقة من خلال ضوء الشمس، وتأتي الطاقة في ضوء الشمس في حزم تسمى الفوتونات، وتحمل هذه الفوتونات كمية محددة من الطاقة – وذلك اعتماداً على طولها الموجي، ومع انخفاض الطول الموجي تزداد طاقة الفوتون، وتثير هذه الفوتونات الإلكترونات في الخلية الشمسية، مما يتسبب في تدفقها عبر الدوائر، مما ينتج عنه تيار كهربائي.
ومن أجل تحرير الإلكترونات في خلايا السيليكون فإن الفوتون يحتاج إلى 1.2 إلكترون فولت على الأقل من الطاقة، ولكن إذا كان الفوتون يحتوي على أكثر من 1.2 إلكترون فولت فإن الإلكترون سوف يتحرك عبر الدائرة، والطاقة الزائدة سُتطلق كحرارة، وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل الخلايا الشمسية ذات كفاءة منخفضة، حيث إنهم قد يحتاجون فقط إلى كمية محددة جداً من الطاقة لكي يعملوا.
ما مقدار الطاقة التي توفرها الشمس؟
توفر الشمس مقداراً مختلفاً من الطاقة، وذلك اعتماداً على مكان وجودنا على الأرض ومكان وجودها في السماء، وعادةً ما يتم تصنيف الألواح الشمسية بافتراض الظروف القياسية المعروفة باسم (AM1.5)، ويشير هذا إلى كتلة الهواء وهي شرط الاختبار المقبول للألواح الشمسية، وفي (AM1.5) توفر الشمس حوالي 1000 واط لكل متر مربع، ومع ذلك فإن الطاقة الشمسية الفعلية المتاحة قد تختلف باختلاف: الموقع والظروف الجوية والوقت من اليوم.
متوسط كفاءة النظام الكهروضوئي
يوجد هناك العديد من العوامل التي قد تحدد كفاءة الألواح الشمسية، فعلى سبيل المثال يتم تحديد كفاءة الألواح الشمسية من خلال مقدار ضوء الشمس الوارد الذي يمكن أن تحوله هذه الألواح الشمسية إلى كهرباء قابلة للاستخدام، كما يوجد أيضاً العديد من العناصر التي يأخذها باحثو ومصنعي الخلايا الشمسية في الاعتبار عند تصميم وإنتاج الألواح الشمسية مثل: الأسلاك والمواد المستخدمة في الخلايا الشمسية والقضبان والأدوات وغيرها.
وفي حين أن الكفاءة القصوى النظرية لخلايا السيليكون عادةً ما تكون حوالي 15 في المائة، فإن متوسط كفاءة النظام الكهروضوئي يكون عادةً من 10 إلى 15 بالمائة، ومع ذلك فإنه يمكننا زيادة كفاءة هذا النظام الكهروضوئي من خلال تحسين وتنويع المواد التي نستخدمها لصنعها، ولكن نظراً لأن المواد المستخدمة في الألواح الشمسية أصبحت نادرة وأكثر تخصصاً فإن تكلفة التصنيع ترتفع، وهذا بدوره يعني أن زيادة الكفاءة تزداد مع زيادة التكلفة.
