Когато седите на плажа, синьото небе, което виждате, топлината, която усещате, и вълните, които чувате, имат своя източник в енергията на слънчевата светлина. Фотоволтаичните слънчеви клетки са начин за превръщане на енергията в слънчевата светлина в нещо различно от приятния ваканционен ден. Слънчевите клетки преобразуват енергията на слънчева светлина в електрическа енергия. Ефективността на слънчевата клетка е съотношението на количеството електрическа енергия, която тя произвежда, към количеството слънчева енергия, което я удря.
Ефективност
Ефективността на всеки процес е мярка за това колко добре работи процесът. Тоест колко усилия трябва да положите, за да получите резултат. Понякога ефективността е трудно да се определи количествено, но за слънчевите клетки е относително лесно. Входът за слънчева клетка е слънчева светлина, а изходът е електричество. По-конкретно, входът е енергия от слънчева светлина, а изходът е енергия в електрони.
Фотони и светлина
На основно ниво светлината се състои от малки енергийни пакети, наречени фотони. Във всеки момент през деня милиарди фотони взаимодействат със слънчева клетка. Тези фотони носят различни количества енергия, в зависимост от цвета им. Някои фотони отразяват слънчевата клетка, други преминават през нея, а други се абсорбират. Съдбата на всеки даден фотон зависи от неговата енергия - или, еквивалентно, от цвета му. Невъзможно е да се предскаже със сигурност поведението на някой конкретен фотон, но е възможно да се изчисли вероятността от взаимодействие.
Поглъщане на светлина
По-голямата част от слънчевите клетки са направени от полупроводници. Една от характеристиките на полупроводниците са енергийните структури, наречени „честотни ленти“. Електроните от долната страна на честотната лента са затворени на място, докато електроните, които получават тласъкът на енергията към високата страна на честотната лента е свободен да се движи - включително да бъде свободен да се изнесе изобщо от полупроводника и да стане полезен в електрическата вериги. Фотоните, които носят енергия, близка до размера на честотната лента в слънчевата клетка, са най-склонни да бъдат абсорбирани. За да изчислите ефективността, трябва да умножите енергията на всеки фотон по неговата вероятност да бъде погълнат и вероятността да го превърне от слънчевата клетка в електрическа верига. Това е доста сложно изчисление.
Измерване
Изчисляването на ефективността от първите принципи е тромаво, но ако имате подходящите инструменти за измерване, можете да направите изчислението по-лесно. С радиометър можете да измервате плътността на мощността на слънчева светлина. Умножаването на плътността на мощността по площта на слънчевата клетка осигурява мярка за слънчевата енергия, постъпваща в слънчевата клетка. Вие правите следващата стъпка, като прикачите верига с променлив резистор, сензор за ток и сензор за напрежение. Електрическата мощност е продукт на тока и напрежението и тя се променя в зависимост от количеството натоварване на слънчевата клетка. Така че вие променяте съпротивлението, като изчислявате мощността на всяка стъпка и намирате точката на максимална мощност. Разделете максималната изходна електрическа мощност на вложената слънчева енергия и получавате ефективност на слънчевите клетки.