Beregningen af ​​solcelleeffektivitet

Når du sidder på stranden, har den blå himmel, du ser, den varme, du føler, og de bølger, du hører, alle deres kilde i sollysens energi. Solceller fra solceller er en måde at omdanne energien i sollys til noget andet end en behagelig feriedag. Solceller omdanner energi i sollys til elektrisk energi. Effektiviteten af ​​en solcelle er forholdet mellem mængden af ​​elektrisk energi, den producerer, og den mængde solenergi, der rammer den.

Effektiviteten af ​​enhver proces er et mål for, hvor godt processen fungerer. Det vil sige, hvor meget du skal bruge for at få en output. Nogle gange er effektivitet vanskelig at kvantificere, men for solceller er det relativt let. Indgangen til en solcelle er sollys og output er elektricitet. Mere specifikt er input energi fra sollys, og output er energi i elektroner.

På et grundlæggende niveau består lys af små pakker med energi kaldet fotoner. På ethvert tidspunkt i løbet af dagen interagerer milliarder af fotoner med en solcelle. Disse fotoner bærer forskellige mængder energi afhængigt af deres farve. Nogle fotoner reflekterer fra en solcelle, nogle passerer gennem den, og nogle absorberes. Skæbnen for en hvilken som helst given foton afhænger af dens energi - eller, ækvivalent, dens farve. Det er umuligt at forudsige med sikkerhed opførelsen af ​​en bestemt foton, men det er muligt at beregne sandsynligheden for interaktion.

Langt størstedelen af ​​solceller er lavet af halvledere. Et af funktionerne i halvledere er energistrukturer kaldet "bandgaps". Elektroner på den nedre side af båndgabet er fanget på plads, mens elektroner, der får en energi boost til den høje side af båndet er fri til at bevæge sig - herunder at være fri til at bevæge sig ud af halvlederen helt og gøre sig nyttige i elektrisk kredsløb. Fotoner, der bærer en energi tæt på størrelsen af ​​båndgabet i en solcelle, absorberes mest. For at beregne effektiviteten er du nødt til at multiplicere energien af ​​hver foton med dens sandsynlighed for at blive absorberet og dets sandsynlighed for at gøre det ud af solcellen til et elektrisk kredsløb. Det er en ret kompleks beregning.

Beregning af effektivitet ud fra de første principper er besværlig, men hvis du har de rigtige måleværktøjer, kan du gøre beregningen lettere. Med et radiometer kan du måle effekttætheden i sollys. Multiplicering af effekttætheden med solcelleområdet giver et mål for solenergien, der kommer ind i solcellen. Du tager det næste trin ved at tilslutte et kredsløb med en variabel modstand, en strømføler og en spændingsføler. Elektricitet er et produkt af strømmen og spændingen, og det ændrer sig afhængigt af den belastning, som solcellen kører. Så du varierer modstanden, beregner effekt ved hvert trin og finder det maksimale effektpunkt. Opdel den maksimale elektriske effekt ved hjælp af solenergiindgangen, og du har solcelleeffektiviteten.