Innhold
Når du sitter på stranden, den blå himmelen du ser, varmen du føler og bølgene du hører, alle har sin kilde i sollyset energi.Fotovoltaiske solceller er en måte å konvertere energien i sollys til noe annet enn en hyggelig feriedag. Solceller konverterer energi i sollys til elektrisk energi. Effektiviteten til en solcelle er forholdet mellom mengden elektrisk energi den produserer og mengden solenergi som slår den.
Effektivitet
Effektiviteten av enhver prosess er et mål på hvor bra prosessen fungerer. Det vil si hvor mye krefter du trenger å legge ned for å få en utgang. Noen ganger er effektivitet vanskelig å kvantifisere, men for solceller er det relativt enkelt. Inngangen til en solcelle er sollys og effekten er strøm. Mer spesifikt er inngangen energi fra sollys, og utgangen er energi i elektroner.
Fotoner og lys
På et grunnleggende nivå består lys av små energipakker som kalles fotoner. Når som helst i løpet av dagen samhandler milliarder av fotoner med en solcelle. Disse fotonene har forskjellige mengder energi, avhengig av farge. Noen fotoner reflekterer en solcelle, noen passerer gjennom den og noen blir absorbert. Skjebnen til et gitt foton avhenger av energien - eller tilsvarende fargen. Det er umulig å forutsi sikkerhets oppførsel til en bestemt foton, men det er mulig å beregne sannsynligheten for interaksjon.
Lysabsorpsjon
De aller fleste solceller er laget av halvledere. En av funksjonene til halvledere er energistrukturer som kalles "båndhull." Elektroner på den lave siden av båndhullet er fanget på plass, mens elektroner som får et energiforsterkning på den høye siden av båndhullet, er fritt til å bevege seg - inkludert å være fri til å bevege seg ut av halvlederen helt og gjøre seg nyttige i elektriske kretsløp . Fotoner som bærer en energi nær størrelsen på båndhullet i en solcelle er mest sannsynlig å bli absorbert. For å beregne effektiviteten må du multiplisere energien til hvert foton med sannsynligheten for å bli absorbert og sannsynligheten for å gjøre den ut av solcellen til en elektrisk krets. Det er en ganske kompleks beregning.
Mål
Beregning av effektivitet fra første prinsipper er tungvint, men hvis du har de rette måleverktøyene kan du gjøre beregningen enklere. Med et radiometer kan du måle effekttettheten i sollys. Å multiplisere krafttettheten med området til solcellen gir et mål på solenergien som kommer inn i solcellen. Du tar neste trinn ved å koble til en krets med en variabel motstand, en strømføler og en spenningssensor. Elektrisk kraft er produktet av strømmen og spenningen, og den endres avhengig av hvor mye last solcellen driver. Så du varierer motstanden, beregner effekt på hvert trinn, og finner det maksimale effektpunktet. Del den maksimale elektriske effekten ved solenergiinngangen, og du har solcelleeffektiviteten.