Perhitungan Efisiensi Sel Surya

Saat Anda duduk di pantai, langit biru yang Anda lihat, kehangatan yang Anda rasakan, dan ombak yang Anda dengar, semuanya bersumber dari energi sinar matahari. Sel surya fotovoltaik adalah cara mengubah energi di bawah sinar matahari menjadi sesuatu selain hari liburan yang menyenangkan. Sel surya mengubah energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Efisiensi sel surya adalah perbandingan antara jumlah energi listrik yang dihasilkannya dengan jumlah energi matahari yang mengenainya.

Efisiensi dari setiap proses adalah ukuran seberapa baik proses itu bekerja. Artinya, berapa banyak usaha yang Anda perlu lakukan untuk mendapatkan output. Terkadang efisiensi sulit untuk diukur, tetapi untuk sel surya, itu relatif mudah. Masukan ke sel surya adalah sinar matahari dan keluarannya adalah listrik. Lebih khusus lagi, inputnya adalah energi dari sinar matahari, dan outputnya adalah energi dalam elektron.

Pada tingkat dasar, cahaya terdiri dari paket-paket kecil energi yang disebut foton. Setiap saat di siang hari, miliaran foton berinteraksi dengan sel surya. Foton tersebut membawa jumlah energi yang berbeda, tergantung pada warnanya. Beberapa foton memantul dari sel surya, beberapa melewatinya dan beberapa diserap. Nasib foton tertentu bergantung pada energinya -- atau, secara setara, warnanya. Tidak mungkin untuk memprediksi dengan pasti perilaku salah satu foton tertentu, tetapi adalah mungkin untuk menghitung kemungkinan interaksi.

Sebagian besar sel surya terbuat dari semikonduktor. Salah satu fitur semikonduktor adalah struktur energi yang disebut "celah pita." Elektron di sisi rendah celah pita terperangkap di tempatnya, sedangkan elektron yang mendapat an dorongan energi ke sisi atas celah pita bebas bergerak -- termasuk bebas bergerak keluar dari semikonduktor sama sekali dan menjadikannya berguna dalam kelistrikan sirkuit. Foton yang membawa energi mendekati ukuran celah pita di sel surya adalah yang paling mungkin untuk diserap. Untuk menghitung efisiensi, Anda perlu mengalikan energi setiap foton dengan probabilitas diserap dan probabilitas membuatnya keluar dari sel surya menjadi rangkaian listrik. Itu perhitungan yang cukup rumit.

Menghitung efisiensi dari prinsip pertama memang rumit, tetapi jika Anda memiliki alat ukur yang tepat, Anda dapat membuat perhitungan dengan lebih mudah. Dengan radiometer Anda dapat mengukur kerapatan daya di bawah sinar matahari. Mengalikan kerapatan daya dengan luas sel surya memberikan ukuran energi matahari yang masuk ke sel surya. Anda mengambil langkah selanjutnya dengan memasang rangkaian dengan resistor variabel, sensor arus dan sensor tegangan. Tenaga listrik adalah produk dari arus dan tegangan, dan itu berubah tergantung pada jumlah beban yang digerakkan oleh sel surya. Jadi Anda memvariasikan resistansi, menghitung daya pada setiap langkah, dan menemukan titik daya maksimum. Bagilah output daya listrik maksimum dengan input tenaga surya dan Anda memiliki efisiensi sel surya.