太陽電池効率の計算

あなたがビーチに座っているとき、あなたが見る青い空、あなたが感じる暖かさ、そしてあなたが聞く波はすべて、日光のエネルギーにそれらの源を持っています。 太陽光発電太陽電池は、太陽光のエネルギーを楽しい休暇以外の何かに変換する方法です。 太陽電池は太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換します。 太陽電池の効率は、太陽電池が生成する電気エネルギーの量と、太陽電池に当たる太陽エネルギーの量の比率です。

プロセスの効率は、プロセスがどれだけうまく機能するかの尺度です。 つまり、出力を取得するためにどれだけの労力を費やす必要があるかです。 効率を定量化するのが難しい場合もありますが、太陽電池の場合は比較的簡単です。 太陽電池への入力は太陽光であり、出力は電気です。 より具体的には、入力は太陽光からのエネルギーであり、出力は電子のエネルギーです。

基本的なレベルでは、光は光子と呼ばれるエネルギーの小さなパケットで構成されています。 日中いつでも、何十億もの光子が太陽電池と相互作用します。 これらの光子は、色に応じてさまざまな量のエネルギーを運びます。 一部の光子は太陽電池で反射し、一部は太陽電池を通過し、一部は吸収されます。 与えられた光子の運命は、そのエネルギー、または同等にその色に依存します。 特定の光子の振る舞いを確実に予測することは不可能ですが、相互作用の確率を計算することは可能です。

太陽電池の大部分は半導体でできています。 半導体の特徴の一つは、「バンドギャップ」と呼ばれるエネルギー構造です。 バンドギャップの低い側の電子は所定の位置にトラップされますが、 バンドギャップのハイサイドへのエネルギーブーストは自由に移動できます。これには、半導体から完全に移動して、電気に役立つようにすることも含まれます。 回路。 太陽電池のバンドギャップのサイズに近いエネルギーを運ぶ光子は、吸収される可能性が最も高いです。 効率を計算するには、すべての光子のエネルギーに、吸収される確率と、太陽電池から電気回路に入る確率を掛ける必要があります。 これはかなり複雑な計算です。

第一原理から効率を計算するのは面倒ですが、適切な測定ツールがあれば、計算をより簡単に行うことができます。 放射計を使用すると、太陽光の電力密度を測定できます。 電力密度に太陽電池の面積を掛けると、太陽電池に入る太陽エネルギーの測定値が得られます。 次のステップは、可変抵抗器、電流センサー、電圧センサーを備えた回路を接続することです。 電力は電流と電圧の積であり、太陽電池が駆動している負荷の量に応じて変化します。 したがって、抵抗を変化させ、すべてのステップで電力を計算し、最大電力点を見つけます。 最大電力出力を太陽電池入力で割ると、太陽電池の効率が得られます。