Cuando te sientas en la playa, el cielo azul que ves, el calor que sientes y las olas que escuchas tienen su origen en la energía de la luz solar. Las células solares fotovoltaicas son una forma de convertir la energía de la luz solar en algo más que en un agradable día de vacaciones. Las células solares convierten la energía de la luz solar en energía eléctrica. La eficiencia de una célula solar es la relación entre la cantidad de energía eléctrica que produce y la cantidad de energía solar que la golpea.
Eficiencia
La eficiencia de cualquier proceso es una medida de qué tan bien funciona el proceso. Es decir, cuánto esfuerzo debe realizar para obtener un resultado. A veces, la eficiencia es difícil de cuantificar, pero para las células solares es relativamente fácil. La entrada a una celda solar es la luz solar y la salida es electricidad. Más específicamente, la entrada es energía de la luz solar y la salida es energía en electrones.
Fotones y luz
En un nivel fundamental, la luz consta de pequeños paquetes de energía llamados fotones. En cualquier momento del día, miles de millones de fotones interactúan con una célula solar. Esos fotones transportan diferentes cantidades de energía, dependiendo de su color. Algunos fotones se reflejan en una célula solar, otros la atraviesan y otros son absorbidos. El destino de cualquier fotón depende de su energía o, de manera equivalente, de su color. Es imposible predecir con certeza el comportamiento de cualquier fotón específico, pero es posible calcular la probabilidad de interacción.
Absorción de luz
La gran mayoría de las células solares están hechas de semiconductores. Una de las características de los semiconductores son las estructuras de energía llamadas "bandgaps". Los electrones en el lado bajo de la banda prohibida quedan atrapados en su lugar, mientras que los electrones que obtienen un El impulso de energía hacia el lado alto de la banda prohibida son libres de moverse, incluido el hecho de poder salir del semiconductor por completo y volverse útiles en electricidad. circuitos. Los fotones que transportan una energía cercana al tamaño de la banda prohibida en una célula solar son los que tienen más probabilidades de ser absorbidos. Para calcular la eficiencia, debe multiplicar la energía de cada fotón por su probabilidad de ser absorbido y su probabilidad de salir de la célula solar a un circuito eléctrico. Ese es un cálculo bastante complejo.
Medición
Calcular la eficiencia a partir de los primeros principios es engorroso, pero si tiene las herramientas de medición adecuadas, puede realizar el cálculo más fácilmente. Con un radiómetro puede medir la densidad de potencia a la luz del sol. Multiplicar la densidad de potencia por el área de la celda solar proporciona una medida de la energía solar que ingresa a la celda solar. Da el siguiente paso conectando un circuito con una resistencia variable, un sensor de corriente y un sensor de voltaje. La energía eléctrica es el producto de la corriente y el voltaje, y cambia según la cantidad de carga que impulsa la celda solar. Así que varía la resistencia, calcula la potencia en cada paso y encuentra el punto de máxima potencia. Divida la salida máxima de energía eléctrica por la entrada de energía solar y tendrá la eficiencia de la celda solar.
