Kad sjednete na plaži, plavo nebo koje vidite, toplinu koju osjećate i valovi koje čujete imaju svoj izvor energije sunčeve svjetlosti. Fotonaponske solarne ćelije način su pretvaranja energije na sunčevoj svjetlosti u nešto drugo osim u ugodan dan odmora. Solarne stanice energiju na sunčevoj svjetlosti pretvaraju u električnu. Učinkovitost solarne ćelije odnos je količine električne energije koju proizvodi prema količini sunčeve energije koja je udara.
Učinkovitost
Učinkovitost bilo kojeg postupka mjeri koliko dobro postupak funkcionira. Odnosno, koliko napora trebate uložiti da biste dobili izlaz. Ponekad je efikasnost teško kvantificirati, ali za solarne ćelije to je relativno lako. Ulaz u solarnu ćeliju je sunčeva svjetlost, a izlaz je električna energija. Preciznije, ulaz je energija sunčeve svjetlosti, a izlaz energija elektrona.
Fotoni i svjetlost
Na osnovnoj razini, svjetlost se sastoji od sićušnih paketića energije zvanih fotoni. U bilo kojem trenutku tijekom dana, milijarde fotona komuniciraju sa solarnom ćelijom. Ti fotoni nose različite količine energije, ovisno o njihovoj boji. Neki se fotoni odbijaju od solarne ćelije, neki prolaze kroz nju, a neki se apsorbiraju. Sudbina bilo kojeg datog fotona ovisi o njegovoj energiji - ili, jednako tome, o njegovoj boji. Nemoguće je sa sigurnošću predvidjeti ponašanje bilo kojeg određenog fotona, ali moguće je izračunati vjerojatnost interakcije.
Apsorpcija svjetlosti
Velika većina solarnih ćelija izrađena je od poluvodiča. Jedna od značajki poluvodiča su energetske strukture koje se nazivaju "pojasni razmaci". Elektroni na donjoj strani pojasa zarobljeni su na mjestu, dok elektroni koji dobivaju an pojačanje energije na visokoj strani pojasa može se slobodno kretati - uključujući slobodu da se uopće pomaknu iz poluvodiča i učine korisnima u električnoj struji sklopovi. Najvjerojatnije će biti apsorbirani fotoni koji u sunčevoj ćeliji nose energiju blizu veličine pojasa. Da biste izračunali učinkovitost, trebate pomnožiti energiju svakog fotona s njegovom vjerojatnosti da će biti apsorbiran i vjerovatnoćom da iz solarne ćelije izađe u električni krug. To je prilično složen izračun.
Mjerenje
Izračunavanje učinkovitosti iz prvih principa je glomazno, ali ako imate prave mjerne alate, možete olakšati izračun. Radiometrom možete izmjeriti gustoću snage na sunčevoj svjetlosti. Množenje gustoće snage s površinom solarne ćelije pruža mjeru solarne energije koja dolazi u solarnu ćeliju. Sljedeći korak činite dodavanjem kruga s promjenjivim otpornikom, senzorom struje i naponom. Električna snaga je proizvod struje i napona i ona se mijenja ovisno o količini opterećenja koju solarna ćelija pokreće. Tako mijenjate otpor, računajući snagu u svakom koraku i pronalazite točku maksimalne snage. Podijelite maksimalnu izlaznu električnu snagu sa uloženom solarnom snagom i dobit ćete učinkovitost solarnih ćelija.