حساب كفاءة الخلايا الشمسية

عندما تجلس على الشاطئ ، فإن السماء الزرقاء التي تراها والدفء الذي تشعر به والأمواج التي تسمعها كلها مصدرها طاقة ضوء الشمس. الخلايا الشمسية الكهروضوئية هي طريقة لتحويل الطاقة في ضوء الشمس إلى شيء آخر غير يوم عطلة ممتع. تحول الخلايا الشمسية الطاقة في ضوء الشمس إلى طاقة كهربائية. كفاءة الخلية الشمسية هي نسبة كمية الطاقة الكهربائية التي تنتجها إلى كمية الطاقة الشمسية التي تصطدم بها.

كفاءة أي عملية هي مقياس لمدى نجاح العملية. أي مقدار الجهد الذي تحتاج إلى بذله للحصول على مخرجات. في بعض الأحيان يصعب تحديد الكفاءة ، ولكن بالنسبة للخلايا الشمسية ، يكون الأمر سهلاً نسبيًا. المدخل إلى الخلية الشمسية هو ضوء الشمس والمخرج هو الكهرباء. وبشكل أكثر تحديدًا ، المدخلات هي طاقة من ضوء الشمس ، والمخرج هو طاقة في الإلكترونات.

على المستوى الأساسي ، يتكون الضوء من حزم صغيرة من الطاقة تسمى الفوتونات. في أي لحظة خلال اليوم ، تتفاعل بلايين الفوتونات مع خلية شمسية. تحمل هذه الفوتونات كميات مختلفة من الطاقة حسب لونها. تنعكس بعض الفوتونات عن خلية شمسية ، ويمر بعضها عبرها ويمتص البعض الآخر. يعتمد مصير أي فوتون معين على طاقته - أو على نحو مكافئ على لونه. من المستحيل التنبؤ على وجه اليقين بسلوك أي فوتون معين ، ولكن من الممكن حساب احتمال التفاعل.

الغالبية العظمى من الخلايا الشمسية مصنوعة من أشباه الموصلات. إحدى ميزات أشباه الموصلات هي هياكل طاقة تسمى "فجوات الحزمة". الإلكترونات الموجودة على الجانب المنخفض من فجوة الحزمة محاصرة في مكانها ، بينما الإلكترونات التي تحصل على زيادة الطاقة إلى الجانب العالي من فجوة الحزمة حرة في التحرك - بما في ذلك الحرية في الخروج من أشباه الموصلات تمامًا وجعلها مفيدة في الكهرباء الدوائر. من المرجح أن يتم امتصاص الفوتونات التي تحمل طاقة قريبة من حجم فجوة الحزمة في الخلية الشمسية. لحساب الكفاءة ، تحتاج إلى مضاعفة طاقة كل فوتون في احتمالية امتصاصه واحتمال إخراجه من الخلية الشمسية إلى دائرة كهربائية. هذه عملية حسابية معقدة إلى حد ما.

يعد حساب الكفاءة من المبادئ الأولى أمرًا مرهقًا ، ولكن إذا كانت لديك أدوات القياس الصحيحة ، يمكنك إجراء الحساب بسهولة أكبر. باستخدام مقياس إشعاع يمكنك قياس كثافة الطاقة في ضوء الشمس. يوفر ضرب كثافة الطاقة في مساحة الخلية الشمسية مقياسًا للطاقة الشمسية القادمة إلى الخلية الشمسية. يمكنك اتخاذ الخطوة التالية من خلال توصيل دائرة بمقاوم متغير ومستشعر تيار ومستشعر جهد. الطاقة الكهربائية هي نتاج التيار والجهد ، وتتغير حسب كمية الحمل الذي تدفعه الخلية الشمسية. لذلك تقوم بتغيير المقاومة ، وحساب القدرة في كل خطوة ، والعثور على نقطة الطاقة القصوى. اقسم الحد الأقصى لإخراج الطاقة الكهربائية على مدخلات الطاقة الشمسية وستحصل على كفاءة الخلايا الشمسية.