Výpočet účinnosti solárních článků

Když sedíte na pláži, modrá obloha, kterou vidíte, teplo, které cítíte, a vlny, které slyšíte, mají svůj zdroj v energii slunečního světla. Fotovoltaické solární články jsou způsob, jak přeměnit energii ve slunečním světle na něco jiného než na příjemný den dovolené. Solární články přeměňují energii ve slunečním světle na elektrickou energii. Účinnost solárního článku je poměr množství vyrobené elektrické energie k množství sluneční energie, které na ni dopadne.

Účinnost jakéhokoli procesu je měřítkem toho, jak dobře tento proces funguje. To znamená, kolik úsilí musíte vynaložit, abyste získali výstup. Účinnost je někdy obtížné kvantifikovat, ale u solárních článků je to relativně snadné. Vstupem do solárního článku je sluneční světlo a výstupem je elektřina. Přesněji řečeno, vstup je energie ze slunečního světla a výstup je energie v elektronech.

Na základní úrovni se světlo skládá z malých balíčků energie zvaných fotony. Kdykoli během dne interagují miliardy fotonů se solárním článkem. Tyto fotony nesou různé množství energie v závislosti na jejich barvě. Některé fotony odrážejí sluneční článek, jiné jím procházejí a jiné jsou absorbovány. Osud daného fotonu závisí na jeho energii - nebo ekvivalentně na jeho barvě. Je nemožné s jistotou předpovědět chování kteréhokoli konkrétního fotonu, ale je možné vypočítat pravděpodobnost interakce.

Drtivá většina solárních článků je vyrobena z polovodičů. Jednou z vlastností polovodičů jsou energetické struktury zvané „bandgaps“. Elektrony na spodní straně pásma jsou zachyceny na místě, zatímco elektrony, které dostanou energetické posílení na vyšší straně pásma se může volně pohybovat - včetně toho, že se může zcela pohybovat mimo polovodič a stát se užitečným v elektrických obvodů. Fotony, které přenášejí energii blízkou velikosti pásma v solárním článku, jsou s největší pravděpodobností absorbovány. Chcete-li vypočítat účinnost, musíte znásobit energii každého fotonu jeho pravděpodobností absorpce a pravděpodobností, že se ze solárního článku dostane do elektrického obvodu. To je docela složitý výpočet.

Výpočet účinnosti z prvních principů je těžkopádný, ale pokud máte správné měřicí nástroje, můžete výpočet provést snadněji. Pomocí radiometru můžete měřit hustotu energie na slunci. Vynásobením hustoty energie oblastí solárního článku získáte míru sluneční energie přicházející do solárního článku. Další krok uděláte připojením obvodu s proměnným odporem, snímačem proudu a snímačem napětí. Elektrická energie je produktem proudu a napětí a mění se v závislosti na velikosti zátěže, kterou solární článek řídí. Takže měníte odpor, výpočet výkonu v každém kroku, a najdete bod maximálního výkonu. Rozdělte maximální elektrický výkon na solární vstup a máte účinnost solárních článků.