แผงโซลาร์เซลล์เป็นอุปกรณ์ที่แปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้าโดยใช้โมดูลโซลาร์หลายโมดูลซึ่งประกอบด้วย เซลล์ โฟโตโวลตาอิก (PV) เซลล์ PV ทำจากวัสดุที่สร้างอิเล็กตรอน ที่ถูกกระตุ้น เมื่อสัมผัสกับแสง อิเล็กตรอนเหล่านี้ไหลผ่านวงจรและผลิต ไฟฟ้า กระแสตรงซึ่งสามารถนำไปใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ต่างๆ หรือเก็บไว้ในแบตเตอรี่แผงโซลาร์เซลล์อาจเรียกว่าแผงเซลล์แสงอาทิตย์หรือ แผง ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 1 ] [ 2 ]}

แผงโซลาร์เซลล์มักถูกจัดเรียงเป็นกลุ่มเรียกว่าอาร์เรย์หรือระบบ ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์หนึ่งแผงหรือมากกว่านั้นอินเวอร์เตอร์ที่แปลง ไฟฟ้า กระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับเมื่อจำเป็น และบางครั้งอาจมีส่วนประกอบอื่นๆ เช่นตัวควบคุมการชาร์จมิเตอร์ หรือตัวติดตามแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มแสงแดดโดยตรงให้มากที่สุด แผงส่วนใหญ่อยู่ในฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์หรือแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาซึ่งจ่ายไฟเข้าสู่ระบบสายส่งไฟฟ้า

แผงโซลาร์เซลล์ใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนและสะอาด และลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเมื่อเทียบกับพลังงานที่มาจากไฮโดรคาร์บอน อย่างไรก็ตาม แผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับปริมาณและความเข้มของแสงแดด ต้องมีการทำความสะอาด และมีต้นทุนเริ่มต้นสูง แผงโซลาร์เซลล์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในที่อยู่อาศัย สถานประกอบการเชิงพาณิชย์ และอุตสาหกรรม รวมถึงในอวกาศโดยมักใช้ร่วมกับแบตเตอรี่

ในปี ค.ศ. 1839 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส Edmond Becquerelได้สังเกตเห็นความสามารถของวัสดุบางชนิดในการสร้างประจุไฟฟ้าจากการสัมผัสแสงเป็นครั้งแรก^{[ 3 ]} แม้ว่าเซลล์แสงอาทิตย์รุ่นแรกเหล่านี้จะมีประสิทธิภาพต่ำเกินไปสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบง่ายๆ แต่ก็ ถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือในการวัดแสง^{[ 4 ]}

การสังเกตของเบคเคอเรลไม่ได้รับการทำซ้ำอีกจนกระทั่งปี 1873 เมื่อวิศวกรไฟฟ้าชาวอังกฤษวิลโลบี สมิธค้นพบว่าประจุสามารถเกิดขึ้นได้จากการที่แสงกระทบ กับ ซีลีเนียมหลังจากการค้นพบนี้วิลเลียม กริลล์ส อดัมส์และริชาร์ด อีแวนส์ เดย์ ได้ตีพิมพ์ "การกระทำของแสงต่อซีลีเนียม" ในปี 1876 โดยอธิบายถึงการทดลองที่พวกเขาใช้เพื่อจำลองผลลัพธ์ของสมิธ^{[ 3 ] [ 5 ]}

ในปี พ.ศ. 2424 ชาร์ลส์ ฟริตต์สนักประดิษฐ์ชาวอเมริกันได้สร้างเซลล์แสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์เครื่องแรก ซึ่งฟริตต์สรายงานว่า "มีความต่อเนื่อง คงที่ และมีกำลังมากพอสมควร ไม่เพียงแต่เมื่อสัมผัสกับแสงแดดโดยตรง แต่ยังรวมถึงแสงแดดอ่อนๆ ที่กระจายตัวด้วย" ^{[ 6 ] [ 7 ]}อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้ยังคงมีประสิทธิภาพต่ำมากสำหรับการผลิตพลังงานในทางปฏิบัติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเทียบกับโรงไฟฟ้าพลังงานถ่านหิน

ในปี พ.ศ. 2482 รัสเซลล์ โอห์ลได้สร้างการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ใช้ในแผงโซลาร์เซลล์สมัยใหม่หลายแผง เขาจดสิทธิบัตรการออกแบบของเขาในปี พ.ศ. 2484 ^{[ 8 ]}ในปี พ.ศ. 2497 การออกแบบนี้ถูกนำไปใช้ครั้งแรกโดยBell Labsเพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอน ที่ใช้งานได้ในเชิงพาณิชย์เป็นครั้งแรก ^{[ 3 ]}

ประวัติ ราคาต่อวัตต์ ของ เซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม ( c-Si ) ตั้งแต่ปี 1977

ปริมาณการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ต่อปีแยกตามทวีป

ต้นทุนที่ลดลงเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการเติบโตอย่างรวดเร็วของพลังงานแสงอาทิตย์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตั้งแต่ปี 2010 ต้นทุนของไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบโฟโตโวลตาอิกได้ลดลง 85% ^{[ 9 ]} ผู้ติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์มีการเติบโตอย่างมีนัยสำคัญระหว่างปี 2008 ถึง 2013 ^{[ 10 ]}เนื่องจากการเติบโตดังกล่าว ผู้ติดตั้งจำนวนมากมีโครงการที่ไม่ใช่หลังคาโซลาร์เซลล์ที่ "เหมาะสม" และต้องหาวิธีแก้ปัญหาสำหรับหลังคาที่มีเงาและปัญหาเรื่องทิศทาง^{[ 11 ]}ความท้าทายนี้ได้รับการแก้ไขในเบื้องต้นโดยการกลับมาได้รับความนิยมของไมโครอินเวอร์เตอร์และต่อมาด้วยการคิดค้นตัวเพิ่ม ประสิทธิภาพพลังงาน

ผู้ผลิตแผงโซลาร์เซลล์ร่วมมือกับบริษัทไมโครอินเวอร์เตอร์เพื่อสร้างโมดูลกระแสสลับ และบริษัทตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานร่วมมือกับผู้ผลิตโมดูลเพื่อสร้างโมดูลอัจฉริยะ^{[ 12 ]}ในปี 2556 ผู้ผลิตแผงโซลาร์เซลล์หลายรายประกาศและเริ่มจัดส่งโซลูชันโมดูลอัจฉริยะของตน^{[ 13 ]}

ระหว่างปี 1992 ถึง 2023 การใช้งานเซลล์แสงอาทิตย์ (PV) ทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในช่วงเวลานี้ เซลล์แสงอาทิตย์ได้พัฒนาจากตลาดเฉพาะกลุ่มสำหรับการใช้งานขนาดเล็กไปสู่แหล่งพลังงานไฟฟ้าหลัก ตั้งแต่ปี 2016 ถึง 2022 กำลังการผลิตและการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์มีอัตราการเติบโตของกำลังการผลิตเฉลี่ยต่อปีประมาณ 26% ซึ่งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุกๆ ประมาณสามปี^{[ 14 ]}ณ สิ้นปี 2022 กำลังการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ที่ติดตั้งสะสมทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 1,185 กิกะวัตต์ (GW) ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการไฟฟ้าทั่วโลกได้มากกว่า 6% ^{[ 15 ]}เพิ่มขึ้นจากประมาณ 3% ในปี 2019 ^{[ 16 ]}

ต้นทุนของแผงโซลาร์เซลล์ที่ลดลงกำลังผลักดันให้มีการใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นในประเทศกำลังพัฒนา หลายประเทศในประเทศกำลังพัฒนาต้องพึ่งพาการนำเข้าเชื้อเพลิงฟอสซิลที่มีราคาแพง บ้านเรือนและธุรกิจจำนวนมากกำลังเปลี่ยนมาใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อประหยัดเงิน^{[ 17 ]}

แผง โซลาร์เซลล์ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์จำนวนมาก และใช้พลังงานแสงจากดวงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าผ่านปรากฏการณ์โฟโตโวลตาอิก แผงส่วนใหญ่ใช้ เซลล์ ซิลิคอนผลึกแบบแผ่นเวเฟอร์หรือเซลล์ฟิล์มบาง ส่วนประกอบ โครงสร้าง ( รับน้ำหนัก ) ของแผงอาจเป็นชั้นบนหรือชั้นล่าง เซลล์ต้องได้รับการปกป้องจากความเสียหายทางกลและความชื้น เซลล์และแผงมักจะเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ จากนั้นจึงเชื่อมต่อแบบขนานเพื่อเพิ่มกระแสไฟฟ้าเพื่อสร้างแผงโซลาร์เซลล์ แผงส่วนใหญ่มีความแข็ง แต่ก็มีแบบกึ่งยืดหยุ่นที่ใช้เซลล์ฟิล์มบางด้วยเช่นกัน กำลังไฟฟ้า(หน่วยเป็นวัตต์ ) ของแผงโซลาร์เซลล์คือแรงดันไฟฟ้า (หน่วยเป็นโวลต์ ) คูณด้วยกระแสไฟฟ้า (หน่วยเป็นแอมแปร์ ) และขึ้นอยู่กับทั้งปริมาณแสงและภาระทางไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับแผง ข้อมูลจำเพาะในการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ได้มาภายใต้สภาวะมาตรฐาน ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่ใช่สภาวะการใช้งานจริงที่แผงโซลาร์เซลล์ได้รับ ณ สถานที่ติดตั้ง^{[ 18 ]}กล่องเชื่อมต่อ PV ติดอยู่ที่ด้านหลังของแผงโซลาร์เซลล์และทำหน้าที่เป็นอินเทอร์เฟซเอาต์พุต การเชื่อมต่อภายนอกสำหรับโมดูลโฟโตโวลตาอิกส่วนใหญ่ใช้ขั้วต่อ MC4เพื่ออำนวยความสะดวกในการเชื่อมต่อที่กันน้ำได้ง่ายกับส่วนที่เหลือของระบบนอกจากนี้ยังสามารถใช้อินเทอร์เฟซจ่ายไฟ USB ได้อีกด้วย ^{[ 19 ]}

แผงโซลาร์เซลล์ยังใช้โครงโลหะที่ประกอบด้วยส่วนประกอบแร็ค ตัวยึด รูปทรงสะท้อนแสง และราง เพื่อรองรับโครงสร้างแผงได้ดียิ่งขึ้น^{[ 20 ]}

เซลล์แสงอาทิตย์จำเป็นต้องเชื่อมต่อกันด้วยอิเล็กโทรดเพื่อสร้างโมดูล โดยอิเล็กโทรดด้านหน้าจะปิดกั้นพื้นที่ผิวทางแสงด้านหน้าของเซลล์แสงอาทิตย์เล็กน้อย เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ ผู้ผลิตจะเพิ่มพื้นที่ผิวด้านหน้าที่สามารถรับแสงอาทิตย์ได้สูงสุดและปรับปรุงการดูดซับแสงอาทิตย์โดยใช้เทคนิคการเชื่อมต่อเซลล์แสงอาทิตย์อิเล็กโทรดด้านหลังที่แตกต่างกัน ตามลำดับเวลา ^{[ 21 ]}

• พื้นผิวด้านหลังอลูมิเนียม (Al-BSF) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีแบบดั้งเดิม ใช้หน้าสัมผัสด้านหลังอลูมิเนียมทั้งหมด^{[ 22 ]}
• หน้าสัมผัสด้านหลังตัวปล่อยแบบพาสซิเวต (PERC) ใช้หน้าสัมผัสด้านหลังอะลูมิเนียมที่ลดลงและเพิ่มฟิล์มโพลีเมอร์ในตำแหน่งที่อะลูมิเนียมถูกกำจัดออกไปเพื่อดักจับแสง^{[ 23 ] [ 22 ]}
• หน้าสัมผัสแบบพาสซิเวตออกไซด์อุโมงค์ (TOPCon) ใช้บัสบาร์เงินที่มีขนาดเล็กลงเรื่อยๆ และเพิ่มชั้นออกซิเดชันที่มีพื้นผิวหยาบให้กับฟิล์มโพลีเมอร์ PERC เพื่อดักจับแสงได้มากขึ้น^{[ 24 ] [ 23 ] [ 25 ] [ 26 ]}
• การสัมผัสด้านหลังแบบสลับฟันปลา (IBC) ทำให้การสัมผัสเกิดขึ้นที่ด้านหลังอย่างสมบูรณ์ ทำให้แสงด้านหน้าส่องถึงอย่างเต็มที่เพื่อจับแสงได้มากขึ้น^{[ 27 ] [ 28 ]}
• การสัมผัสด้านหลังแบบขยาย (XBC) ใช้การผสมผสานของเทคโนโลยีข้างต้น^{[ 29 ]}

เซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมใช้เทคนิคการเชื่อมต่อข้างต้นอย่างใดอย่างหนึ่งและการผสมผสานเคมีของเซลล์เพื่อสร้างเซลล์แสงอาทิตย์^{[ 30 ]}

แผงโซลาร์เซลล์เพียงแผงเดียวสามารถผลิตพลังงานได้ในปริมาณจำกัด การติดตั้งส่วนใหญ่จึงประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์หลายแผงเพื่อรวมแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าเข้าด้วยกัน ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์โดยทั่วไปประกอบด้วยแผงโซลาร์ เซลล์หลาย แผง อินเวอร์เตอร์ชุดแบตเตอรี่สำหรับเก็บพลังงาน ตัวควบคุมการชาร์จ สายไฟเชื่อมต่อ เบรกเกอร์ ฟิวส์ สวิตช์ตัดวงจร เครื่องวัดแรงดันไฟฟ้า และอาจมี กลไก ติดตามแสงอาทิตย์ด้วย อุปกรณ์ต่างๆ จะถูกเลือกอย่างระมัดระวังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและเก็บพลังงาน ลดการสูญเสียระหว่างการส่งกำลัง และหลายครั้งยังแปลงจากกระแสตรงเป็นกระแสสลับอีกด้วย

แผงโซลาร์เซลล์อัจฉริยะมีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังฝังอยู่ในแผง และแตกต่างจากแผงโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิมที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังติดอยู่กับโครงหรือเชื่อมต่อกับวงจรโฟโตโวลตาอิกผ่านตัวเชื่อมต่อ^{[ 31 ]}อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังพลังงานแสงอาทิตย์สามารถนำไปใช้ได้ดังนี้:

• ตัวเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานแบบติดตามจุดกำลังสูงสุดซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มการเก็บเกี่ยวพลังงานจากระบบเซลล์แสงอาทิตย์ให้สูงสุดโดยการชดเชยผลกระทบจากเงา ซึ่งเงาที่ตกกระทบส่วนใดส่วนหนึ่งของโมดูลจะทำให้เอาต์พุตไฟฟ้าของเซลล์หนึ่งหรือหลายสายในโมดูลลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ แต่เอาต์พุตของโมดูลทั้งหมดจะไม่ลดลงจนเป็นศูนย์^{[ 32 ]}
• เครื่องตรวจสอบประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์สำหรับการเก็บรวบรวมข้อมูล
• การตรวจจับข้อผิดพลาดเพื่อความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น^{[ 33 ]}

ปัจจุบันแผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ผลิตจากเซลล์ แสงอาทิตย์ซิลิคอนผลึก (c-Si) ที่ทำจากซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมหรือซิลิคอนผลึกเดี่ยวในปี 2021 ซิลิคอนผลึกคิดเป็น 95% ของการผลิต PV ทั่วโลก^{[ 34 ] [ 35 ]}ในขณะที่ส่วนที่เหลือของตลาดโดยรวมประกอบด้วยเทคโนโลยีฟิล์มบางที่ใช้แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์และซิลิคอนอสัณฐาน(a-Si ^{) [ 36} ]

เซลล์แบบสองด้านผลิตพลังงานได้ทั้งสองด้าน ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตโดยรวมของโมดูล การเพิ่มขึ้นนี้ขึ้นอยู่กับการสะท้อนแสงของสภาพแวดล้อมโดยรอบและได้รับประโยชน์จากโครงสร้างที่ยกสูงขึ้น เนื่องจากแสงสามารถส่องถึงด้านหลังได้มากขึ้น ประโยชน์ที่ได้รับนั้นขึ้นอยู่กับสถานการณ์ ด้านหลังจะได้รับประโยชน์มากขึ้นจากสภาพแวดล้อมที่มีค่าการสะท้อนแสงสูง เช่น หิมะ โครงสร้างที่ยกสูง และสภาพอากาศที่มีเมฆมาก แต่ประโยชน์ที่ได้รับอาจมีน้อยมากเมื่อติดตั้งแผงโดยตรงบนพื้นผิวที่มีช่องว่างน้อย ทำให้ไม่คุ้มค่าในกรณีเหล่านั้น ราคาของเซลล์แบบสองด้านลดลงมากพอที่จะใกล้เคียงกับเทคโนโลยีแบบด้านเดียว ด้วยเหตุนี้ ณ ปี 2024 แผงแบบสองด้านจึงเป็นตัวเลือกชั้นนำสำหรับการติดตั้ง PV ขนาดใหญ่^{[ 37 ]}

เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์รุ่นที่สามที่กำลังพัฒนาใช้เซลล์ฟิล์มบางขั้นสูง ซึ่งให้ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานค่อนข้างสูงในราคาที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์อื่นๆ นอกจากนี้เซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายจุด เชื่อมต่อรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่มีต้นทุนสูง ประสิทธิภาพสูง และเรียงตัวกันอย่างหนาแน่น มักถูกนำมาใช้ในแผงโซลาร์เซลล์บนยานอวกาศเนื่องจากให้กำลังไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่อกิโลกรัมที่ยกขึ้นไปในอวกาศสูงที่สุด เซลล์แบบหลายจุดเชื่อมต่อเป็นสารกึ่งตัวนำแบบผสมและทำจากแกลเลียมอาร์เซไนด์และวัสดุสารกึ่งตัวนำอื่นๆ อีกหนึ่งเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ที่กำลังพัฒนาซึ่งใช้เซลล์แบบหลายจุดเชื่อมต่อคือเซลล์แสงอาทิตย์แบบรวมแสง

เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง เซลล์ แสงอาทิตย์ แบบ โฟโตโวลตาอิก (PV) รุ่นที่สอง:

• ภาพบน: การติดตั้งแผ่นลามิเนต ซิลิโคนฟิล์มบางบนหลังคา
• ตรงกลาง: เซลล์แสงอาทิตย์ CIGSบนแผ่นรองพลาสติกแบบยืดหยุ่น และแผง CdTe แบบแข็ง ที่ติดตั้งบนโครงสร้างรองรับ
• ด้านล่าง: แผ่นลามิ เนตฟิล์มบางบนหลังคา

เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง เป็น เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดหนึ่ง ที่ผลิตโดยการเคลือบวัสดุ โฟโตโวลตาอิกบางๆลงบนพื้นผิวที่เป็นแก้ว พลาสติก หรือโลหะ เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางโดยทั่วไปจะบางกว่าแผ่นเวเฟอร์ที่ใช้ใน เซลล์แสงอาทิตย์แบบ ซิลิคอนผลึก ทั่วไปมาก เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางผลิตในเชิงพาณิชย์โดยใช้วัสดุหลายชนิด ได้แก่แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe) คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมไดซีลีไนด์ (CIGS) และซิลิคอนฟิล์มบางแบบอสัณฐาน (a-Si, TF-Si)

เซลล์แสงอาทิตย์มักถูกจำแนกออกเป็นรุ่นต่างๆ โดยพิจารณาจากชนิดของชั้นดูดซับแสงที่ใช้ในการผลิต เซลล์แสงอาทิตย์ รุ่นแรก หรือที่พัฒนามาอย่างดีที่สุดนั้น ทำจากซิลิคอนผลึกเดี่ยวหรือ ผลึก หลายชั้นซึ่งเป็นเทคโนโลยีหลักที่ใช้ในระบบโซลาร์เซลล์ ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางส่วนใหญ่จัดอยู่ในรุ่นที่สอง โดย ทำจากวัสดุบางๆ เช่นซิลิคอนอสัณฐาน (a-Si), แคดเมียมเทลลูไรด์ (CdTe), คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์ (CIGS) หรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุใหม่กว่าและยังไม่เป็นที่ยอมรับมากนักจัดอยู่ในรุ่นที่สามหรือเซลล์แสงอาทิตย์ที่กำลังพัฒนา ซึ่งรวมถึงเทคโนโลยีฟิล์มบางที่เป็นนวัตกรรมใหม่ เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ แบบเพอร์รอ ฟสไกต์ เซลล์แสงอาทิตย์ แบบย้อมสี เซลล์แสงอาทิตย์ แบบควอนตัมดอทเซลล์ แสงอาทิตย์ แบบอินทรีย์และเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง CZTS

เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนรุ่นแรก รวมถึงมีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่นกว่าเนื่องจากโครงสร้างที่บาง ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบบูรณาการกับอาคารและเป็นวัสดุเคลือบกระจกพลังงานแสงอาทิตย์แบบกึ่งโปร่งใสที่สามารถเคลือบลงบนหน้าต่างได้ การใช้งานเชิงพาณิชย์อื่นๆ ใช้แผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางที่แข็งแรง (วางสลับระหว่างกระจกสองแผ่น) ในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ที่สุดบางแห่งของโลก นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางมักผลิตโดยใช้วิธีการที่เรียบง่ายและปรับขนาดได้ ซึ่งคุ้มค่ากว่าเซลล์รุ่นแรก ส่งผลให้มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม น้อยลง เช่นการปล่อยก๊าซเรือนกระจก (GHG)ในหลายกรณี เซลล์แบบฟิล์มบางยังมีประสิทธิภาพเหนือกว่าแหล่งพลังงานหมุนเวียนและไม่หมุนเวียน สำหรับ การผลิตไฟฟ้าในแง่ของความเป็นพิษต่อมนุษย์และการปล่อยโลหะหนักอีกด้วย

แม้จะมีปัญหาในช่วงเริ่มต้นของการแปลงแสงอย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะในวัสดุ PV รุ่นที่สาม แต่ในปี 2023 เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางบางชนิดก็มีประสิทธิภาพสูงถึง 29.1% สำหรับเซลล์ GaAs แบบฟิล์มบางชั้นเดียว ซึ่งสูงกว่าประสิทธิภาพสูงสุด 26.1% ของเซลล์แสงอาทิตย์แบบชั้นเดียวรุ่นแรกมาตรฐาน เซลล์ รวมแสงแบบหลายชั้น ที่ใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางมีประสิทธิภาพสูงถึง 47.6% ในปี 2023 ^{[ 38 ]}

พบว่าเทคโนโลยีฟิล์มบางหลายชนิดมีอายุการใช้งานสั้นกว่าและมีอัตราการเสื่อมสภาพสูงกว่าเซลล์รุ่นแรกในการทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่งซึ่งส่งผลให้การใช้งานเทคโนโลยีฟิล์มบางค่อนข้างจำกัด ทั่วโลก ส่วนแบ่งการตลาดของเทคโนโลยีฟิล์มบางในตลาด PV ยังคงอยู่ที่ประมาณ 5% ในปี 2023 ^{[ 39 ]}อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีฟิล์มบางได้รับความนิยมมากขึ้นในสหรัฐอเมริกา โดยเซลล์ CdTe เพียงอย่างเดียวคิดเป็น 29% ของ การติดตั้ง ใช้งานขนาดใหญ่ ใหม่ ในปี 2021 ^{[ 40 ]}

โมดูล PV โซลาร์พิเศษบางชนิดมีตัวรวมแสงซึ่งแสงจะถูกโฟกัสโดยเลนส์หรือกระจกไปยังเซลล์ขนาดเล็ก ทำให้สามารถใช้เซลล์ที่มีประสิทธิภาพสูงแต่ราคาแพง (เช่นแกลเลียมอาร์เซไนด์ ) ได้อย่างคุ้มค่า โดยแลกกับการใช้พื้นที่รับแสงอาทิตย์ที่มากขึ้น^{[ 41 ]}การรวมแสงอาทิตย์ยังสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึงประมาณ 45% ^{[ 42 ]}

ปริมาณแสงที่เซลล์แสงอาทิตย์ดูดซับขึ้นอยู่กับมุมตกกระทบและความเข้มของแสงอาทิตย์ การดูดซับแสงจะแตกต่างกันไป เนื่องจากปริมาณแสงที่ตกกระทบแผงเป็นสัดส่วนกับค่าโคไซน์ของมุมตกกระทบ และส่วนหนึ่งเป็นเพราะที่มุมตกกระทบสูง แสงจะถูกสะท้อนมากขึ้น แผงโซลาร์เซลล์มักจะหันไปทางทิศใต้ (ในซีกโลกเหนือ) หรือทิศเหนือ (ในซีกโลกใต้) โดยมีมุมเอียงที่คำนวณตามละติจูด เพื่อให้ได้พลังงานรวมสูงสุดตลอดทั้งวัน สามารถใช้ ระบบติดตามแสงอาทิตย์เพื่อปรับมุมเอียงตั้งแต่รุ่งเช้าถึงพลบค่ำ เพื่อรักษามุมตกกระทบให้มีขนาดเล็ก

แผงโซลาร์เซลล์แบบสองด้านที่ติดตั้งในแนวตั้งจะหันไปทางทิศเหนือ-ใต้ เพื่อรับแสงแดดได้มากที่สุดจากทิศตะวันออกในตอนเช้าและทิศตะวันตกในตอนบ่าย

ผู้ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ได้พยายามลดการสะท้อนแสงด้วยการเคลือบสารป้องกันการสะท้อนแสงที่ดีขึ้นหรือด้วยพื้นผิว^{[ 43 ] [ 44 ]}การเคลือบสารป้องกันการสะท้อนแสงใช้สารบางๆ หนึ่งชั้นหรือมากกว่านั้นที่มีดัชนีหักเหอยู่ระหว่างดัชนีหักเหของซิลิคอนและอากาศ ทำให้เกิดการรบกวนแบบทำลายล้างของแสงสะท้อน

ในแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผง หากกระแสไฟฟ้าที่ดึงออกมาไม่เพียงพอ กำลังไฟฟ้าจะไม่ถึงระดับสูงสุด ในทางกลับกัน หากกระแสไฟฟ้ามากเกินไป แรงดันไฟฟ้าก็จะลดลง ปริมาณกระแสไฟฟ้าที่เหมาะสมจะแปรผันโดยประมาณกับปริมาณแสงแดดที่ตกกระทบแผง ความจุของแผงโซลาร์เซลล์จะระบุด้วยค่า MPP (จุดกำลังไฟฟ้าสูงสุด) ของแผงโซลาร์เซลล์เมื่อได้รับแสงแดดเต็มที่

อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์จะแปลงพลังงานไฟฟ้ากระแสตรงที่ได้จากแผงโซลาร์เซลล์ให้เป็นพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ

จุดกำลังสูงสุด (MPP) ของแผงโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยแรงดัน MPP (Vmpp ₎และกระแส MPP ( _Impp ) โดยการติดตามจุดกำลังสูงสุด อินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์จะสุ่มตัวอย่างเอาต์พุต (กราฟ IV) จากเซลล์แสงอาทิตย์และจ่ายโหลดไฟฟ้าที่เหมาะสมเพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด

แผงโซลาร์เซลล์กระแสสลับมี ไมโครอินเวอร์เตอร์กระแสตรงเป็นกระแสสลับขนาดเล็กอยู่ด้านหลัง และผลิตพลังงานกระแสสลับโดยไม่ต้องใช้ตัวเชื่อมต่อกระแสตรงภายนอก โมดูลกระแสสลับได้รับการกำหนดโดยUnderwriters Laboratoriesว่าเป็นระบบที่เล็กที่สุดและสมบูรณ์ที่สุดสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์^{[ 45 ] [ 46 ]}

ไมโครอินเวอร์เตอร์ทำงานอย่างอิสระเพื่อให้แผงแต่ละแผงสามารถผลิตพลังงานได้สูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้สำหรับปริมาณแสงแดดที่กำหนด แต่อาจมีราคาแพงกว่า^{[ 47 ]}

การเชื่อมต่อทางไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์ประกอบด้วยตัวนำที่นำกระแสไฟฟ้าและมีขนาดตามพิกัดกระแสไฟฟ้าและสภาวะความผิดพลาด บางครั้งอาจมีฟิวส์แบบอินไลน์รวมอยู่ด้วย

โดยทั่วไป แผงโซลาร์เซลล์จะต่อกันแบบอนุกรมตั้งแต่หนึ่งแผงขึ้นไปเพื่อสร้างเป็นสาย เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้าขาออกที่ต้องการ และสายเหล่านี้สามารถต่อกันแบบขนานเพื่อให้ได้กระแสไฟฟ้า (แอมแปร์) ตามที่ต้องการของระบบโซลาร์เซลล์ได้

ในการต่อแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้าของแผงโซลาร์เซลล์จะรวมกัน แต่กระแสไฟฟ้าจะถูกกำหนดโดยแผงที่มีประสิทธิภาพต่ำที่สุด ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "ปรากฏการณ์ไฟประดับคริสต์มาส" ในการต่อแบบขนาน แรงดันไฟฟ้าจะเท่ากัน แต่กระแสไฟฟ้าจะรวมกัน การต่อแผงโซลาร์เซลล์จะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านแรงดันไฟฟ้าของอินเวอร์เตอร์ และไม่เกินขีดจำกัดกระแสไฟฟ้ามากนัก

ได โอดบล็อกและได โอดบายพาส อาจถูกรวมไว้ภายในโมดูลหรือใช้ภายนอกเพื่อจัดการกับปัญหาการบังแสงบางส่วนของแผงโซลาร์เซลล์ เพื่อให้ได้กำลังไฟฟ้าสูงสุด สำหรับการต่อแบบอนุกรม ไดโอดบายพาสจะถูกวางขนานกับโมดูลเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านโมดูลที่ถูกบังแสงซึ่งมีแรงดันไฟขาออกต่ำกว่า ซึ่งจะจำกัดกระแสไฟฟ้าอย่างมาก สำหรับการต่อแบบขนาน ไดโอดบล็อกอาจถูกวางอนุกรมกับแต่ละสายของโมดูลเพื่อป้องกันไม่ให้กระแสไฟฟ้าไหลย้อนกลับผ่านสายที่ถูกบังแสง ซึ่งจะทำให้สายอื่นๆ ลัดวงจร หากต่อสายมากกว่าสามสายแบบขนานกัน โดยทั่วไปจะมีฟิวส์รวมอยู่ด้วยในแต่ละสายเพื่อขจัดความเป็นไปได้ที่ไดโอดจะเสียหาย ทำให้แผงโซลาร์เซลล์และสายไฟทำงานหนักเกินไปและก่อให้เกิดไฟไหม้

แผงโซลาร์เซลล์สำหรับใช้งานภายนอกอาคารมักจะมีขั้วต่อ MC4แผงโซลาร์เซลล์สำหรับรถยนต์อาจมีช่องเสียบไฟเสริมและ/หรือ อะแดปเตอร์ USBและแผงโซลาร์เซลล์สำหรับใช้งานภายในอาคารอาจมีไมโครอินเวอร์เตอร์

ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์คือ สัดส่วนของพลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพนี้ เมื่อรวมกับละติจูดและสภาพอากาศ จะเป็นตัวกำหนดปริมาณพลังงานที่ผลิตได้จากระบบพลังงานแสงอาทิตย์

ณ ปี 2024 สถิติประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์อยู่ที่ 47.6% ซึ่งทำสถิติไว้ในเดือนพฤษภาคม 2022 โดยFraunhofer ISEด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบรวมแสง (CPV) สี่ชั้น III-V ^{[ 48 ] [ 49 ]}สถิติในสภาวะการใช้งานจริงเป็นของ NREL ซึ่งพัฒนาเซลล์สามชั้นที่มีประสิทธิภาพที่ทดสอบแล้วอยู่ที่ 39.5% ^{[ 50 ] [ 51 ]}

โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์อาจมีประสิทธิภาพเกิน 24% ^{[ 52 ] [ 53 ]}ณ ปี 2025 ^{[ 54 ]}ที่ดีที่สุดอยู่ที่ 24.5% ^{[ 55 ]}ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะต่ำกว่าเซลล์แต่ละเซลล์เมื่อใช้งานแยกกัน โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ที่ผลิตในปริมาณมากที่มีประสิทธิภาพสูงสุดมีค่าความหนาแน่นของพลังงาน 175 W/m² ⁽ 16.22 W/ ^ft² ) ^{[ 56 ]}

ในปี 2026 Fraunhofer บรรลุประสิทธิภาพ 34.4% โดยใช้เซลล์เจอร์มาเนียม III-V สามชั้นและเทคโนโลยีเมทริกซ์แบบซ้อนกันเพื่อเชื่อมต่อเซลล์ นวัตกรรมที่สำคัญคือการใช้การสัมผัสโดยตรงระหว่างเซลล์ ซึ่งช่วยขจัดริบบิ้นทองแดงเคลือบตะกั่วบัดกรีแบบดั้งเดิมและการเกิดเงาบนพื้นที่เซลล์ที่ใช้งานอยู่^{[ 57 ]}

ปัจจัยหลายประการส่งผลต่อประสิทธิภาพการแปลง รวมถึง ค่า การสะท้อนแสงประสิทธิภาพทางเทอร์โมไดนามิกประสิทธิภาพการแยกตัวของตัวนำประจุ ประสิทธิภาพการรวบรวมตัวนำประจุ และประสิทธิภาพการนำไฟฟ้า^{[ 59 ] [ 58 ]}เนื่องจากพารามิเตอร์เหล่านี้วัดได้ยากโดยตรง จึงมีการวัดพารามิเตอร์อื่นแทน รวมถึงประสิทธิภาพควอนตัม อัตราส่วนแรงดัน ไฟฟ้าวงเปิด (V _OC ) และปัจจัยการเติมการสูญเสียจากการสะท้อนแสงจะถูกนำมาพิจารณาในค่าประสิทธิภาพควอนตัม เนื่องจากส่งผลต่อประสิทธิภาพควอนตัมภายนอก การสูญเสียจากการรวมตัวใหม่จะถูกนำมาพิจารณาในปัจจัยเหล่านี้ การสูญเสียจากความต้านทานส่วนใหญ่จะถูกนำมาพิจารณาในค่าปัจจัยการเติม แต่ก็มีส่วนร่วมในปัจจัยอื่นๆ ด้วย

ขึ้นอยู่กับโครงสร้าง โมดูลโฟโตโวลตาอิกสามารถผลิตไฟฟ้าจากช่วงความถี่ของแสงได้แต่โดยปกติแล้วจะไม่สามารถครอบคลุมช่วงรังสีแสงอาทิตย์ทั้งหมดได้ (โดยเฉพาะรังสีอัลตราไวโอเลต แสง ที่มองเห็นได้รังสีอินฟราเรดและแสงที่มีความเข้มต่ำหรือแสงกระจาย) ดังนั้น พลังงาน แสงอาทิตย์ ที่ตกกระทบส่วนใหญ่ จึงไม่ได้ถูกประมวลผลโดยโมดูลโซลาร์เซลล์ แสงอาทิตย์สามารถแบ่งออกเป็นแถบความยาวคลื่น (แต่ละแถบมีสีต่างกัน) โดยแต่ละแถบจะถูกส่งไปยังเซลล์ที่ปรับให้เข้ากับช่วงความยาวคลื่นเหล่านั้น ซึ่งสามารถแปลงแถบนั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น^{[ 60 ]}

โดยทั่วไปแล้วประสิทธิภาพของโมดูลจะถูกประเมินภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน: ความเข้มแสง 1,000 W/m² ^{สเปกตรัม}แสงอาทิตย์ AM 1.5 และอุณหภูมิ ของโมดูลที่ 25 °C ^{[ 61 ]}แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่ส่งออกจริงของโมดูลจะเปลี่ยนแปลงไปตามการเปลี่ยนแปลงของแสง อุณหภูมิ และสภาวะโหลด ดังนั้นจึงไม่มีแรงดันไฟฟ้าเฉพาะค่าใดค่าหนึ่งที่โมดูลทำงาน ประสิทธิภาพจะแตกต่างกันไปตามตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ เวลาของวัน วันของปี ปริมาณความเข้มแสงอาทิตย์ทิศทางและการเอียงของโมดูล การปกคลุมของเมฆ การบังเงาสิ่งสกปรกสถานะการชาร์จ และอุณหภูมิ ประสิทธิภาพของโมดูลหรือแผงสามารถวัดได้ในช่วงเวลาต่างๆ ด้วยแคลมป์มิเตอร์กระแสตรงหรือตัวต้านทานแบบขนาน และบันทึก กราฟ หรือแผนภูมิด้วยเครื่องบันทึกแผนภูมิหรือเครื่องบันทึกข้อมูล

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด แผงโซลาร์เซลล์จะต้องประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่มีแรงดันไฟฟ้าใกล้เคียงกันและวางในทิศทางเดียวกันตั้งฉากกับแสงแดดโดยตรง ไดโอดบายพาสใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพเอาต์พุตโดยอนุญาตให้กระแสไฟฟ้าไหลอย่างต่อเนื่องโดยหลีกเลี่ยงแผงที่ชำรุดหรือถูกบังแสง^{[ 62 ]}

คุณลักษณะทางไฟฟ้าประกอบด้วยกำลังไฟฟ้าที่ระบุ (P _MAXวัดเป็นวัตต์ ), แรงดันไฟฟ้าวงเปิด (V _OC ), กระแสไฟฟ้าลัดวงจร (I _SCวัดเป็นแอมแปร์ ), แรงดันไฟฟ้ากำลังสูงสุด (V _MPP ), กระแสไฟฟ้ากำลังสูงสุด (I _MPP ), กำลังไฟฟ้าสูงสุด ( วัตต์พีค , W _p ) และประสิทธิภาพของโมดูล (%)

แรงดันไฟฟ้าวงเปิดหรือ VOC _คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่โมดูลสามารถสร้างได้เมื่อไม่ได้เชื่อมต่อกับวงจรหรือระบบไฟฟ้า^{[ 63 ]}สามารถวัด VOC ได้ด้วยโว ล _ต์มิเตอร์โดยตรงที่ขั้วต่อของโมดูลที่ส่องสว่างหรือที่สายเคเบิลที่ตัดการเชื่อมต่อ

กำลังไฟฟ้าสูงสุด (Wp ₎คือกำลังไฟฟ้าขาออกสูงสุดภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (ไม่ใช่กำลังไฟฟ้าขาออกสูงสุดที่เป็นไปได้) โมดูลทั่วไป ซึ่งอาจมีขนาดประมาณ 1 x 2 เมตร (3 ฟุต x 7 ฟุต) จะมีกำลังไฟฟ้าตั้งแต่ 75 วัตต์ถึง 600 วัตต์ ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของโมดูล ในขณะทำการทดสอบ โมดูลทดสอบจะถูกจัดกลุ่มตามผลการทดสอบ และผู้ผลิตทั่วไปอาจให้คะแนนโมดูลเป็นช่วง 5 วัตต์ และอาจให้คะแนนที่ +/- 3%, +/- 5%, +3/- 0% หรือ +5/- 0% ^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}

ประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ (PV) ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเข้มของรังสีตกกระทบโดยรวม G ในระนาบของแผง อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิ T ของรอยต่อ p–n ก็มีอิทธิพลต่อพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าหลักเช่นกัน ได้แก่ กระแสลัดวงจร ISC _แรงดันวงเปิด VOC _และกำลังไฟฟ้าสูงสุด_Pmaxโดยทั่วไปแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่า_VOCมีความสัมพันธ์ผกผันอย่างมีนัยสำคัญกับ T ในขณะที่สำหรับ_ISCความสัมพันธ์นี้เป็นแบบตรง แต่มีความอ่อนกว่า ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของ ISC จึงไม่สามารถชดเชยการลดลงของ VOC ได้_ส่งผลให้ Pmax _ลดลงเมื่อ T เพิ่มขึ้น ความสัมพันธ์ระหว่างกำลังไฟฟ้าที่ได้จากเซลล์แสงอาทิตย์และอุณหภูมิการทำงานของรอยต่อขึ้นอยู่กับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ และเกิดจากอิทธิพลของ T ต่อความเข้มข้น อายุการใช้งาน และความคล่องตัวของตัวพาประจุภายใน เช่น อิเล็กตรอนและช่องว่างภายในเซลล์แสงอาทิตย์

โดยทั่วไปแล้ว ความไวต่ออุณหภูมิจะอธิบายด้วยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ ซึ่งแต่ละค่าจะแสดงถึงอนุพันธ์ของพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องเทียบกับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อ ค่าของพารามิเตอร์เหล่านี้สามารถพบได้ในเอกสารข้อมูลของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ โดยมีรายละเอียดดังต่อไปนี้:

- β: สัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง V _OCเทียบกับ T ซึ่งกำหนดโดย ∂V _OC /∂T

- α: สัมประสิทธิ์ความแปรผันของ I _SCเทียบกับ T ซึ่งกำหนดโดย ∂I _SC /∂T

- δ: สัมประสิทธิ์ความแปรผันของ Pmax _{เทียบ}กับ T ซึ่งกำหนดโดย ∂Pmax _/ ∂T

เทคนิคในการประมาณค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้จากข้อมูลการทดลองสามารถพบได้ในเอกสาร^{[ 67 ]}

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าในขณะที่อุณหภูมิสูงส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพ อุณหภูมิที่ต่ำกว่าสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงโซลาร์เซลล์ได้เนื่องจากความต้านทานไฟฟ้าภายในเซลล์ลดลง อย่างไรก็ตาม สภาพอากาศในฤดูหนาวก่อให้เกิดความท้าทายเพิ่มเติม เช่น การสะสมของหิมะและชั่วโมงแสงแดดที่ลดลง ซึ่งอาจหักล้างประโยชน์ด้านประสิทธิภาพของอุณหภูมิที่ต่ำกว่าได้ แผงโซลาร์เซลล์ยังคงสามารถผลิตพลังงานได้ในฤดูหนาว แต่ผลผลิตโดยรวมอาจต่ำลงเนื่องจากการได้รับแสงแดดที่จำกัดและสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น^{[ 68 ]}

ความสามารถของแผงโซลาร์เซลล์ในการทนต่อความเสียหายจากฝนลูกเห็บหิมะหนัก และวัฏจักรของความร้อนและความเย็นนั้นแตกต่างกันไปตามผู้ผลิต แม้ว่าแผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ในตลาดสหรัฐอเมริกาจะได้รับการรับรองจาก UL ซึ่งหมายความว่าได้ผ่านการทดสอบเพื่อทนต่อลูกเห็บแล้ว^{[ 69 ]}

การเสื่อมสภาพที่เกิดจากศักยภาพ (เรียกอีกอย่างว่า PID) คือการเสื่อมสภาพของประสิทธิภาพที่เกิดจากศักยภาพในโมดูลโฟโตโวลตาอิกแบบผลึก ซึ่งเกิดจากสิ่งที่เรียกว่ากระแสไฟฟ้าจร^{[ 70 ]}ผลกระทบนี้อาจทำให้สูญเสียพลังงานได้ถึง 30% ^{[ 71 ]}

กำลังไฟฟ้าขาออกของอุปกรณ์เซลล์แสงอาทิตย์ (PV) จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการสัมผัสกับรังสีแสงอาทิตย์รวมถึงสภาวะภายนอกอื่นๆ ดัชนีการเสื่อมสภาพ ซึ่งกำหนดเป็นเปอร์เซ็นต์การสูญเสียกำลังไฟฟ้าขาออกต่อปี เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดการผลิตในระยะยาวของโรงไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อประเมินการเสื่อมสภาพนี้ จะคำนวณเปอร์เซ็นต์การลดลงที่เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าแต่ละตัว การเสื่อมสภาพของแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผงอาจส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพของสายทั้งหมด^{[ 72 ]}นอกจากนี้ แผงโซลาร์เซลล์ทั้งหมดในการติดตั้งเดียวกันไม่ได้ลดประสิทธิภาพลงในอัตราเดียวกันอย่างแน่นอน

มีงานวิจัยหลายชิ้นที่เกี่ยวข้องกับการวิเคราะห์การเสื่อมสภาพของพลังงานของแผงโซลาร์เซลล์โดยใช้เทคโนโลยีโฟโตโวลตาอิกที่แตกต่างกันซึ่งมีอยู่ในเอกสารทางวิชาการ จากการศึกษาล่าสุด^{[ 73 ]}การเสื่อมสภาพของแผงโซลาร์เซลล์ซิลิคอนผลึกเป็นแบบเชิงเส้น ระหว่าง 0.8% ถึง 1.0% ต่อปี

ในทางกลับกัน หากเราวิเคราะห์ประสิทธิภาพของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง จะสังเกตเห็นช่วงเริ่มต้นของการเสื่อมสภาพอย่างรุนแรง (ซึ่งอาจกินเวลาหลายเดือนหรือนานถึง 2 ปี) ตามด้วยช่วงต่อมาที่การเสื่อมสภาพจะคงที่ ซึ่งเทียบได้กับซิลิคอนผลึก^{[ 74 ]}นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลที่รุนแรงในเทคโนโลยีฟิล์มบางดังกล่าว เนื่องจากอิทธิพลของสเปกตรัมแสงอาทิตย์มีมากกว่ามาก

แผงโซลาร์เซลล์ที่ทำจากซิลิคอนอสัณฐาน ซิลิคอนไมโครมอร์ฟิก หรือแคดเมียมเทลลูไรด์ อาจมีอัตราการเสื่อมสภาพรายปีในช่วงปีแรกๆ อยู่ระหว่าง 3% ถึง 4% ^{[ 75 ]}

แผงโซลาร์เซลล์ชนิดทองแดงอินเดียมแกลเลียมซีลีไนด์แสดงอัตราการเสื่อมสภาพที่ต่ำกว่าแผงโซลาร์เซลล์ชนิดซิลิคอนผลึก แม้ในช่วงปีแรก ๆ ก็ตาม

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่มักใช้ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนพื้นดิน แผงโซลาร์เซลล์จะถูกยึดไว้ด้วยโครงหรือเฟรมที่ติดอยู่กับฐานรองรับการติดตั้งบนพื้นดิน^{[ 76 ] [ 77 ]}ฐานรองรับการติดตั้งบนพื้นดินประกอบด้วย:

• ฐานยึดเสา ซึ่งตอกลงไปในพื้นดินโดยตรงหรือฝังอยู่ในคอนกรีต
• โครงสร้างฐานราก เช่น แผ่นคอนกรีตหรือฐานรากหล่อ
• ฐานรองรับแบบมีน้ำหนักถ่วง เช่น ฐานคอนกรีตหรือเหล็ก ที่ใช้น้ำหนักในการยึดระบบแผงโซลาร์เซลล์ให้อยู่กับที่ และไม่จำเป็นต้องเจาะพื้นดิน ระบบติดตั้งแบบนี้เหมาะสำหรับพื้นที่ที่ไม่สามารถขุดดินได้ เช่น บ่อขยะที่ปิดสนิท และช่วยให้การรื้อถอนหรือเคลื่อนย้ายระบบแผงโซลาร์เซลล์ทำได้ง่ายขึ้น

การติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนพื้นดิน

แผงโซลาร์เซลล์แบบสองด้านแนวตั้งจะหันไปทางทิศตะวันออกและทิศตะวันตกแทนที่จะเป็นทิศใต้ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้ ประโยชน์ จากรังสี ของดวงอาทิตย์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในตอนเช้าและตอนเย็น ในกรณีส่วนใหญ่ จะทำให้ผลผลิตรวมลดลงเล็กน้อย แต่ตรงกับความต้องการพลังงานได้ดีกว่าการติดตั้งที่หันไปทางทิศใต้ และช่วยลดปัญหาเส้นโค้งรูปเป็ดการใช้งาน ได้แก่ระบบผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการเกษตร รั้วพลังงานแสงอาทิตย์ อุปกรณ์ลดเสียงรบกวนบนทางหลวงและทางรถไฟ และแผงกั้น^{[ 78 ]}แผงโซลาร์เซลล์แบบสองด้านแนวตั้งเหมาะสำหรับสถานที่ที่มีละติจูดสูง เช่น ประเทศในกลุ่มนอร์ดิก เนื่องจากมุมเงยเฉลี่ยของดวงอาทิตย์ต่ำ^{[ 79 ]}

• 
  แผงโซลาร์เซลล์แนวตั้งสองด้านแบบ Agrivoltaic
• 
  ผลผลิตพลังงานจากแผงโซลาร์เซลล์แบบสองด้านแนวตั้ง เทียบกับ แผงโซลาร์เซลล์ที่หันหน้าไปทางทิศใต้

ระบบผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบติดตั้งบนหลังคาประกอบด้วยแผงโซลาร์เซลล์ที่ยึดไว้กับโครงหรือเฟรมที่ติดอยู่กับฐานยึดบนหลังคา^{[ 80 ]}ฐานยึดบนหลังคาประกอบด้วย:

• รางยึด ซึ่งติดตั้งโดยตรงกับโครงสร้างหลังคา และอาจใช้รางเพิ่มเติมสำหรับยึดโครงหรือเฟรมของโมดูล
• ฐานรองรับแบบมีน้ำหนักถ่วง เช่น ฐานคอนกรีตหรือเหล็ก ที่ใช้น้ำหนักในการยึดระบบแผงโซลาร์เซลล์ให้อยู่กับที่ และไม่จำเป็นต้องเจาะรูทะลุ วิธีการติดตั้งแบบนี้ช่วยให้สามารถถอดหรือย้ายระบบแผงโซลาร์เซลล์ได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อโครงสร้างหลังคา
• สายไฟทั้งหมดที่เชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ที่อยู่ติดกันกับอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานจะต้องติดตั้งตามข้อกำหนดด้านไฟฟ้าของท้องถิ่น และควรเดินสายในท่อร้อยสายที่เหมาะสมกับสภาพภูมิอากาศ

แผงโซลาร์เซลล์แบบติดตั้งบนหลังคา คือแผงโซลาร์เซลล์ที่ติดตั้งอยู่บนหลังคา แบบดั้งเดิม หลังคาเหล่านี้อาจเป็นหลังคาสำหรับลานจอดรถ โรงจอดรถ ศาลาพักผ่อนซุ้มไม้เลื้อยหรือหลังคาคลุมระเบียงก็ได้

มีประโยชน์หลายประการ ซึ่งรวมถึงการใช้พื้นที่ในเขตเมืองให้เกิดประโยชน์สูงสุด พร้อมทั้งยังให้ร่มเงาแก่รถยนต์ พลังงานที่ผลิตได้สามารถนำไปใช้สร้างสถานีชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ได้^{[ 81 ]}

แผงโซลาร์เซลล์แบบพกพาสามารถให้กระแสไฟฟ้าได้เพียงพอสำหรับชาร์จอุปกรณ์ต่างๆ (โทรศัพท์มือถือ วิทยุ ฯลฯ) ผ่านพอร์ต USB หรือชาร์จพาวเวอร์แบงค์ได้

คุณสมบัติพิเศษของแผงโซลาร์เซลล์แบบพกพา ได้แก่ ความยืดหยุ่นสูง ความทนทานสูง และคุณสมบัติกันน้ำ ซึ่งเหมาะสำหรับการเดินทางและการตั้งแคมป์

ระบบติดตามแสงอาทิตย์ช่วยเพิ่มพลังงานที่ผลิตได้ต่อโมดูลโดยแลกกับความซับซ้อนทางกลและความต้องการการบำรุงรักษาที่เพิ่มขึ้น ระบบจะตรวจจับทิศทางของดวงอาทิตย์และเอียงหรือหมุนโมดูลตามความจำเป็นเพื่อให้ได้รับแสงสูงสุด^{[ 82 ] [ 83 ]}

อีกทางเลือกหนึ่งคือ แร็คคงที่สามารถยึดโมดูลให้อยู่กับที่ตลอดทั้งวันด้วยมุมเอียงที่กำหนด ( มุมสูงสุด ) และหันไปในทิศทางที่กำหนด ( มุมอะซิมุธ ) มุมเอียงที่เทียบเท่ากับละติจูดของการติดตั้งเป็นเรื่องปกติ ระบบบางระบบอาจปรับมุมเอียงตามช่วงเวลาของปีด้วย^{[ 84 ]}

ในทางกลับกัน แผงโซลาร์เซลล์ที่หันไปทางทิศตะวันออกและทิศตะวันตก (เช่น ครอบคลุมหลังคาที่หันไปทางทิศตะวันออก-ตะวันตก) มักถูกติดตั้งใช้งาน แม้ว่าการติดตั้งดังกล่าวจะไม่สามารถผลิตพลังงานเฉลี่ยสูงสุดที่เป็นไปได้จากแผงโซลาร์เซลล์แต่ละแผง แต่ต้นทุนของแผงโซลาร์เซลล์ในปัจจุบันมักจะถูกกว่ากลไกการติดตาม และสามารถให้พลังงานที่คุ้มค่ากว่าในช่วงที่มีความต้องการสูงสุดในตอนเช้าและตอนเย็นเมื่อเทียบกับระบบที่หันไปทางทิศเหนือหรือทิศใต้^{[ 85 ]}

ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ของแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 20% จะลดลงเนื่องจากการสะสมของฝุ่นละออง สิ่งสกปรก ละอองเกสร และอนุภาคอื่นๆ บนแผงโซลาร์เซลล์ ซึ่งเรียกรวมกันว่าการปนเปื้อน “แผงโซลาร์เซลล์ที่สกปรกสามารถลดความสามารถในการผลิตพลังงานได้มากถึง 30% ในพื้นที่ที่มีฝุ่น/ละอองเกสรสูงหรือพื้นที่ทะเลทราย” ซีมัส เคอร์แรน รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยฮูสตันและผู้อำนวยการสถาบันนาโนเอนเนอร์จี ซึ่งเชี่ยวชาญด้านการออกแบบ วิศวกรรม และการประกอบโครงสร้างนาโนกล่าว^{[ 86 ]} การสูญเสียจากการปนเปื้อนโดยเฉลี่ยทั่วโลกในปี 2018 คาดว่าจะอยู่ที่อย่างน้อย 3% – 4% ^{[ 87 ]}

การจ่ายเงินเพื่อทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์ถือเป็นการลงทุนที่ดีในหลายภูมิภาค ตั้งแต่ปี 2019 ^{[ 87 ]}อย่างไรก็ตาม ในบางภูมิภาค การทำความสะอาดอาจไม่คุ้มค่า ในแคลิฟอร์เนีย ตั้งแต่ปี 2013 การสูญเสียทางการเงินที่เกิดจากคราบสกปรกนั้นแทบจะไม่มากพอที่จะคุ้มค่ากับค่าใช้จ่ายในการล้างแผง โดยเฉลี่ยแล้ว แผงในแคลิฟอร์เนียสูญเสียประสิทธิภาพโดยรวมไปเพียงเล็กน้อยกว่า 0.05% ต่อวัน^{[ 88 ]}

นอกจากนี้ยังมีอันตรายจากการทำงานที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งและการบำรุงรักษาแผงโซลาร์เซลล์ การศึกษาในปี 2015–2018 ในสหราชอาณาจักรได้ตรวจสอบเหตุการณ์ไฟไหม้ที่เกี่ยวข้องกับ PV จำนวน 80 เหตุการณ์ โดยมี "ไฟไหม้ร้ายแรง" มากกว่า 20 เหตุการณ์ที่เกิดจากการติดตั้ง PV โดยตรง ซึ่งรวมถึงอาคารบ้านเรือน 37 หลังและฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ 6 แห่ง ใน จำนวนนี้ 1ใน3ไม่สามารถระบุสาเหตุที่แท้จริงได้ และส่วนใหญ่เกิดจากการติดตั้งที่ไม่ดี ผลิตภัณฑ์ที่ชำรุด หรือปัญหาด้านการออกแบบ องค์ประกอบเดี่ยวที่ทำให้เกิดไฟไหม้บ่อยที่สุดคืออุปกรณ์แยกกระแสตรง^{[ 89 ]}

จากการศึกษาในปี 2021 โดย kWh Analytics พบว่าในระดับระบบ อัตราการเสื่อมสภาพเฉลี่ยต่อปีของการติดตั้ง PV อยู่ที่ 1.09% สำหรับที่อยู่อาศัย และ 0.8% สำหรับที่ไม่ใช่ที่อยู่อาศัย ซึ่งสูงกว่าสมมติฐานทั่วไปของอุตสาหกรรมที่ 0.5% ต่อปีอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งได้มาจากการประมาณการการเสื่อมสภาพในระดับแผง^{[ 90 ] [ 91 ]}การศึกษาความน่าเชื่อถือของโมดูลในปี 2021 พบว่ามีแนวโน้มเพิ่มขึ้นของอัตราความล้มเหลวของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ โดยผู้ผลิต 30% ประสบปัญหาความล้มเหลวด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้องกับกล่องเชื่อมต่อ (เพิ่มขึ้นจาก 20%) และความล้มเหลวของรายการวัสดุ 26% (เพิ่มขึ้นจาก 20%) ^{[ 92 ]}

วิธีการทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์สามารถแบ่งออกได้เป็น 5 กลุ่ม ได้แก่ เครื่องมือแบบใช้มือ เครื่องมือแบบใช้เครื่องจักร (เช่น แปรงที่ติดตั้งบนรถแทรกเตอร์) ระบบไฮดรอลิกแบบติดตั้ง (เช่น สปริงเกอร์) ระบบหุ่นยนต์แบบติดตั้ง และหุ่นยนต์แบบเคลื่อนย้ายได้ เครื่องมือทำความสะอาดแบบใช้มือเป็นวิธีการทำความสะอาดที่แพร่หลายที่สุด อาจเป็นเพราะต้นทุนการซื้อที่ต่ำ อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาของซาอุดีอาระเบียที่ทำในปี 2014 พบว่า "ระบบหุ่นยนต์แบบติดตั้ง ระบบแบบใช้เครื่องจักร และระบบไฮดรอลิกแบบติดตั้ง น่าจะเป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีที่สุด 3 ประการสำหรับการใช้ในการทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์" ^{[ 93 ]}

กำลังมีการพัฒนากลไกการทำความสะอาดตัวเองแบบใหม่สำหรับแผงโซลาร์เซลล์ ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 การใช้ลวดนาโนที่กัดด้วยสารเคมีเปียก และการเคลือบแบบไม่ชอบน้ำบนพื้นผิวสามารถกำจัดอนุภาคฝุ่นได้ถึง 98% ซึ่งอาจมีความเกี่ยวข้องเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในทะเลทราย^{[ 94 ] [ 95 ]}

ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2565 นักวิจัย ของ MITประกาศการพัฒนาระบบทำความสะอาดแผงโซลาร์เซลล์และกระจกโดยไม่ต้องใช้น้ำ เพื่อแก้ปัญหาการสะสมของฝุ่น ซึ่งสามารถลดผลผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ได้ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ในหนึ่งเดือน ระบบนี้ใช้แรงผลักทางไฟฟ้าสถิตเพื่อแยกอนุภาคฝุ่นออกจากพื้นผิวของแผง ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้น้ำหรือแปรง ประจุไฟฟ้าที่ส่งไปยังอนุภาคฝุ่นโดยการเคลื่อนอิเล็กโทรดอย่างง่ายผ่านแผงจะทำให้อนุภาคฝุ่นถูกผลักออกไปโดยประจุที่ใช้กับแผงเอง ระบบนี้สามารถทำงานได้โดยอัตโนมัติโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าพื้นฐานและรางนำทาง^{[ 96 ]}

ในปี 2021 มีขยะจากแผงโซลาร์เซลล์ 30,000 ตัน และ Bloomberg NEF คาดการณ์ว่าปริมาณขยะ ต่อปีจะเพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 1 ล้านตันภายในปี 2035 และมากกว่า 10 ล้านตันภายในปี 2050 ^{[ 97 ]}เพื่อเปรียบเทียบในปี 2022 โรงไฟฟ้าถ่านหินผลิตขยะ เถ้าลอย 750 ล้านตัน ^{[ 98 ]}ในสหรัฐอเมริกา ประมาณ 90% ของแผงโซลาร์เซลล์ที่หมดอายุการใช้งานแล้วถูกนำไปทิ้งในหลุมฝังกลบภายในปี 2023 ^{[ 99 ]}ชิ้นส่วนส่วนใหญ่ของโมดูลโซลาร์เซลล์สามารถนำไปรีไซเคิลได้ รวมถึงวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บางชนิดหรือกระจกได้ถึง 95% ตลอดจนโลหะเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กจำนวนมาก^{[ 100 ]}บริษัทเอกชนและองค์กรไม่แสวงหาผลกำไรบางแห่งรับคืนและรีไซเคิลโมดูลที่หมดอายุการใช้งาน^{[ 101 ]} กฎหมาย ของสหภาพยุโรปกำหนดให้ผู้ผลิตต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ของตนได้รับการรีไซเคิลอย่างเหมาะสม กฎหมายที่คล้ายกันนี้กำลังอยู่ระหว่างการดำเนินการในญี่ปุ่นอินเดียและออสเตรเลีย^{[ 102 ]}รายงานของออสเตรเลียปี 2023 ระบุว่ามีตลาดสำหรับแผงที่ใช้แล้วคุณภาพดี และได้ให้คำแนะนำสำหรับการเพิ่มการนำกลับมาใช้ใหม่^{[ 103 ] : 33} แต่ยังไม่มีการนำกฎเกณฑ์มาใช้^{[ 104 ]}

ความเป็นไปได้ในการรีไซเคิลขึ้นอยู่กับประเภทของเทคโนโลยีที่ใช้ในโมดูล:

• โมดูลที่ใช้ซิลิคอน: เฟรมอะลูมิเนียมและกล่องเชื่อมต่อจะถูกถอดแยกชิ้นส่วนด้วยมือในขั้นตอนเริ่มต้น จากนั้นโมดูลจะถูกบดในเครื่องบดและแยกส่วนประกอบต่างๆ ออก ได้แก่ แก้ว พลาสติก และโลหะ^{[ 105 ]}สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากกว่า 80% ของน้ำหนักที่เข้ามา^{[ 106 ]}กระบวนการนี้สามารถดำเนินการได้โดยผู้รีไซเคิลกระจกแผ่นเรียบ เนื่องจากรูปร่างและองค์ประกอบของโมดูล PV คล้ายกับกระจกแผ่นเรียบที่ใช้ในอุตสาหกรรมการก่อสร้างและยานยนต์ กระจกที่นำกลับมาใช้ใหม่นั้นเป็นที่ยอมรับได้ง่ายโดยอุตสาหกรรมโฟมแก้วและฉนวนแก้ว
• โมดูลที่ไม่ใช้ซิลิคอน: จำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีการรีไซเคิลเฉพาะ เช่น การใช้สารเคมีเพื่อแยกวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ชนิดต่างๆ ออกจากกัน^{[ 107 ]}สำหรับ โมดูล แคดเมียมเทลลูไรด์กระบวนการรีไซเคิลเริ่มต้นด้วยการบดโมดูลและแยกส่วนประกอบต่างๆ ออกในภายหลัง กระบวนการรีไซเคิลนี้ออกแบบมาเพื่อกู้คืนแก้วได้ถึง 90% และวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ได้ถึง 95% ^{[ 108 ]}ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทเอกชนบางแห่งได้สร้างโรงงานรีไซเคิลขนาดเชิงพาณิชย์ขึ้น^{[ 109 ]}

ตั้งแต่ปี 2010 มีการประชุมระดับยุโรปประจำปีที่รวบรวมผู้ผลิต ผู้รีไซเคิล และนักวิจัยเพื่อพิจารณาอนาคตของการรีไซเคิลโมดูล PV ^{[ 110 ] [ 111 ]}

การผลิตระบบ PV เป็นไปตาม เส้น โค้งการเรียนรู้ แบบคลาสสิก โดยมีการลดต้นทุนอย่างมีนัยสำคัญควบคู่ไปกับการเพิ่มประสิทธิภาพและผลผลิตอย่างมาก^{[ 113 ]}

ด้วยการเติบโตมากกว่า 100% เมื่อเทียบกับปีต่อปีในการติดตั้งระบบ PV ผู้ผลิตโมดูล PV จึงเพิ่มการจัดส่งโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์อย่างมากในปี 2019 พวกเขาขยายกำลังการผลิตอย่างแข็งขันและเปลี่ยนตัวเองเป็นผู้เล่น ระดับกิกะวัตต์ (GW) ^{[ 114 ]}ตามข้อมูลของ Pulse Solar บริษัทโมดูล PV 5 ใน 10 อันดับแรกในปี 2019 มีการผลิตแผงโซลาร์เซลล์เพิ่มขึ้นอย่างน้อย 25% เมื่อเทียบกับปี 2019 ^{[ 115 ]}

พื้นฐานของการผลิตแผงโซลาร์เซลล์ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการใช้เซลล์ซิลิคอน เซลล์ซิลิคอนเหล่านี้โดยทั่วไปมีประสิทธิภาพ 10–20% ^{[ 116 ]}ในการแปลงแสงแดดเป็นไฟฟ้า โดยรุ่นการผลิตใหม่มีประสิทธิภาพเกิน 22% ^{[ 117 ]}

^{ในปี 2018 ผู้ผลิตแผงโซลาร์เซลล์ 5 อันดับแรกของโลกตามปริมาณการ จัด}ส่งในช่วงปีปฏิทิน 2018 ได้แก่Jinko Solar , JA Solar , Trina Solar , Longi SolarและCanadian Solar ^{[ 118} ]

การผลิตแผงโซลาร์เซลล์ขึ้นอยู่กับการใช้สารเคมีที่เป็นพิษและมีปฏิกิริยา ได้แก่ แคดเมียมเทลลูไรด์ คอปเปอร์อินเดียมซีลีไนด์ แคดเมียมแกลเลียม (ได)ซีลีไนด์ คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียม (ได)ซีลีไนด์ เฮกซาฟลูออโรอีเทน ตะกั่ว และโพลีไวนิลฟลูออไรด์ ผลพลอยได้ ได้แก่ ซิลิคอนเตตระคลอไรด์^{[ 119 ]}ฝุ่นซิลิคอน ("kerf") เกิดขึ้นเมื่อแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนถูกเลื่อย^{[ 120 ]}

ราคาไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ลดลงอย่างต่อเนื่อง จนกระทั่งในหลายประเทศมีราคาถูกกว่าไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิล จาก โครงข่ายไฟฟ้าตั้งแต่ปี 2012 ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าgrid parity [ ^{123 ] ด้วย}การตระหนักรู้ที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก สถาบันต่างๆ เช่นIRSได้นำรูปแบบเครดิตภาษีมาใช้ โดยคืนเงินส่วนหนึ่งของแผงโซลาร์เซลล์สำหรับการใช้งานส่วนตัว^{[ 124 ]}ราคาของแผงโซลาร์เซลล์จึงลดลงอย่างต่อเนื่อง

ข้อมูลราคาเฉลี่ยแบ่งออกเป็นสามประเภท ได้แก่ ผู้ซื้อปริมาณน้อย (โมดูลทุกขนาดในช่วงกิโลวัตต์ต่อปี) ผู้ซื้อระดับกลาง (โดยทั่วไปไม่เกิน 10 เมกะวัตต์พีต่อปี) และผู้ซื้อปริมาณมาก (อธิบายได้ด้วยตัวเอง และสามารถเข้าถึงราคาต่ำสุดได้) ในระยะยาว ราคาของเซลล์และโมดูลลดลงอย่างเป็นระบบอย่างเห็นได้ชัด ตัวอย่างเช่น ในปี 2555 มีการประมาณการว่าต้นทุนต่อวัตต์อยู่ที่ประมาณ 0.60 ดอลลาร์สหรัฐ ซึ่งต่ำกว่าต้นทุนในปี 2513 ที่ 150 ดอลลาร์สหรัฐถึง 250 เท่า^{[ 125 ] [ 126 ]}การศึกษาในปี 2558 แสดงให้เห็นว่าราคาต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงลดลง 10% ต่อปีตั้งแต่ปี 2523 และคาดการณ์ว่าพลังงานแสงอาทิตย์อาจมีส่วนช่วย 20% ของการบริโภคไฟฟ้าทั้งหมดภายในปี 2563 ในขณะที่องค์การพลังงานระหว่างประเทศคาดการณ์ไว้ที่ 16% ภายในปี 2593 ^{[ 127 ]}

ต้นทุนการผลิตพลังงานในโลกแห่งความเป็นจริงขึ้นอยู่กับสภาพอากาศในท้องถิ่นเป็นอย่างมาก ในประเทศที่มีเมฆมากอย่างเช่นสหราชอาณาจักร ต้นทุนต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงที่ผลิตได้จะสูงกว่าในประเทศที่มีแสงแดดจัดอย่างเช่นสเปน

ตามหลักการของRMI ส่วนประกอบ Balance -of-System (BoS) ซึ่งก็คือต้นทุนที่ไม่เกี่ยวข้องกับโมดูลโซลาร์เซลล์แบบไม่ใช้ไมโครอินเวอร์เตอร์ (เช่น สายไฟ ตัวแปลง ระบบยึด และส่วนประกอบต่างๆ) คิดเป็นประมาณครึ่งหนึ่งของต้นทุนการติดตั้งทั้งหมด

สำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์เชิงพาณิชย์ ซึ่งไฟฟ้าจะถูกขายเข้าสู่เครือข่ายส่งไฟฟ้า ต้นทุนของพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องตรงกับราคาขายส่งไฟฟ้า จุดนี้บางครั้งเรียกว่า 'ความเท่าเทียมของกริดขายส่ง' หรือ 'ความเท่าเทียมของบัสบาร์' ^{[ 123 ]}

มาตรฐานที่ใช้โดยทั่วไปในแผงโซลาร์เซลล์:

• IEC 61215 ( ประสิทธิภาพ ของซิลิคอนผลึก ), 61646 ( ประสิทธิภาพ ของฟิล์มบาง ) และ 61730 (โมดูลทั้งหมด ความปลอดภัย), 61853 (การทดสอบประสิทธิภาพและการจัดอันดับพลังงานของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์)
• มาตรฐาน ISO 9488 พลังงานแสงอาทิตย์—คำศัพท์เฉพาะ
• มาตรฐาน UL 1703 จากUnderwriters Laboratories
• มาตรฐาน UL 1741 จาก Underwriters Laboratories
• มาตรฐาน UL 2703 จาก Underwriters Laboratories
• เครื่องหมาย CE
• เครื่องทดสอบความปลอดภัยทางไฟฟ้า (EST) Series (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110)

แผงโซลาร์เซลล์หรือระบบเซลล์แสงอาทิตย์มีประโยชน์ในทางปฏิบัติมากมาย ประการแรก สามารถใช้ในภาคเกษตรกรรมเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการชลประทาน ในด้านการดูแลสุขภาพ สามารถใช้แผงโซลาร์เซลล์ในการทำความเย็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ในด้านโครงสร้างพื้นฐานได้อีกด้วย โมดูล PV ใช้ในระบบเซลล์แสงอาทิตย์และประกอบด้วย อุปกรณ์ ไฟฟ้า หลากหลายชนิด

ด้วยระดับของระบบเซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาที่เพิ่มขึ้น การไหลของพลังงานจึงกลายเป็นแบบ 2 ทาง เมื่อมีการผลิตในท้องถิ่นมากกว่าการบริโภค ไฟฟ้าจะถูกส่งกลับไปยังโครงข่าย อย่างไรก็ตาม เครือข่ายไฟฟ้าแบบดั้งเดิมไม่ได้ออกแบบมาเพื่อรองรับการถ่ายโอนพลังงานแบบ 2 ทาง ดังนั้น อาจเกิดปัญหาทางเทคนิคขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ในรัฐควีนส์แลนด์ ประเทศออสเตรเลีย มีครัวเรือนมากกว่า 30% ที่ใช้เซลล์แสงอาทิตย์บนหลังคาภายในสิ้นปี 2560 เส้นโค้งรูปเป็ดปรากฏขึ้นบ่อยครั้งในหลายชุมชนตั้งแต่ปี 2558 เป็นต้นมา ปัญหาแรงดันไฟฟ้าเกินอาจเกิดขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลจากครัวเรือนที่ใช้เซลล์แสงอาทิตย์กลับไปยังเครือข่าย^{[ 129 ]}มีวิธีแก้ปัญหาแรงดันไฟฟ้าเกิน เช่น การควบคุมตัวประกอบกำลังของอินเวอร์เตอร์เซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าและพลังงานใหม่ในระดับผู้จัดจำหน่ายไฟฟ้า การนำไฟฟ้าใหม่ การจัดการด้านอุปสงค์ ฯลฯ มักมีข้อจำกัดและค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับวิธีแก้ปัญหาเหล่านี้

เพื่อให้แผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาสามารถจ่ายไฟสำรองได้เพียงพอในช่วงที่ไฟฟ้าดับมักจะต้องใช้แบตเตอรี่ ด้วย ^{[ 130 ]}

การประกันคุณภาพของโมดูลพลังงานแสงอาทิตย์เกี่ยวข้องกับการทดสอบและประเมินเซลล์แสงอาทิตย์และแผงโซลาร์เซลล์เพื่อให้แน่ใจว่าตรงตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์ (หรือแผง) คาดว่าจะมีอายุการใช้งานยาวนานระหว่าง 20 ถึง 40 ปี^{[ 131 ]}ควรส่งและจ่ายพลังงานตามที่คาดหวังได้อย่างต่อเนื่องและเชื่อถือได้ โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์สามารถทดสอบได้โดยใช้การทดสอบทางกายภาพ การศึกษา ในห้องปฏิบัติการและการวิเคราะห์เชิงตัวเลข ร่วม กัน ^{[ 132 ]}นอกจากนี้ โมดูลพลังงานแสงอาทิตย์จำเป็นต้องได้รับการประเมินตลอดช่วงต่างๆ ของวงจรชีวิต บริษัทต่างๆ เช่น Southern Research Energy & Environment, SGS Consumer Testing Services, TÜV Rheinland , Sinovoltaics, Clean Energy Associates (CEA), CSA Solar International และ Enertis ให้บริการด้านการประกันคุณภาพโมดูลโซลาร์เซลล์ “การนำกระบวนการผลิตที่สม่ำเสมอ ตรวจสอบย้อนกลับได้ และมีเสถียรภาพมาใช้เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อปกป้องและรับรองคุณภาพของโมดูล PV” ^{[ 133 ]}การรับรองดำเนินการตามมาตรฐาน ANSI/UL1703, ^{[ 134 ]} IEC 17025, ^{[ 135 ]} IEC 61215, ^{[ 136 ]} IEC 61701, ^{[ 137 ]} และ IEC 61730-1/-2 ^{[ 138 ]}

• การเชื่อมต่อแบบเดซี่เชน (วิศวกรรมไฟฟ้า)
• การสร้างแบบจำลองและการผลิตแบบดิจิทัล
• การใช้พลังงานในครัวเรือน
• ระบบไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า
• การเติบโตของเซลล์แสงอาทิตย์
• เครื่องชาร์จพลังงานแสงอาทิตย์
• เตาพลังงานแสงอาทิตย์
• เครื่องกลั่นน้ำพลังงานแสงอาทิตย์