Beregningen av solcelleeffektivitet

Når du sitter på stranden, har den blå himmelen du ser, varmen du føler og bølgene du hører alle sin kilde i sollysens energi. Solceller fra solceller er en måte å konvertere energien i sollys til noe annet enn en hyggelig feriedag. Solceller omdanner energi i sollys til elektrisk energi. Effektiviteten til en solcelle er forholdet mellom mengden elektrisk energi den produserer og mengden solenergi som rammer den.

Effektiviteten til enhver prosess er et mål på hvor godt prosessen fungerer. Det vil si hvor mye innsats du trenger å legge ned for å få en produksjon. Noen ganger er effektivitet vanskelig å tallfeste, men for solceller er det relativt enkelt. Inngangen til en solcelle er sollys og utgangen er strøm. Mer spesifikt er inngangen energi fra sollys, og utgangen er energi i elektroner.

På et grunnleggende nivå består lys av små energipakker som kalles fotoner. Når som helst i løpet av dagen samhandler milliarder fotoner med en solcelle. Disse fotonene har forskjellige mengder energi, avhengig av fargen. Noen fotoner reflekterer av en solcelle, noen går gjennom den, og noen absorberes. Skjebnen til et gitt foton avhenger av energien - eller tilsvarende fargen. Det er umulig å forutsi oppførselen til en bestemt foton med sikkerhet, men det er mulig å beregne sannsynligheten for interaksjon.

De aller fleste solceller er laget av halvledere. En av funksjonene til halvledere er energistrukturer kalt "bandgaps". Elektroner på den nedre siden av båndgapet er fanget på plass, mens elektroner som får en energiboost til den høye siden av båndgapet er gratis å bevege seg - inkludert å være fri til å bevege seg ut av halvlederen helt og gjøre seg nyttige i elektrisk kretser. Fotoner som bærer en energi nær størrelsen på båndgapet i en solcelle, er mest sannsynlig å bli absorbert. For å beregne effektiviteten må du multiplisere energien til hvert foton med sannsynligheten for å bli absorbert og sannsynligheten for å gjøre det ut av solcellen til en elektrisk krets. Det er en ganske kompleks beregning.

Å beregne effektiviteten fra de første prinsippene er tungvint, men hvis du har de riktige måleverktøyene, kan du gjøre beregningen lettere. Med et radiometer kan du måle effekttettheten i sollys. Å multiplisere effekttettheten med solcelleområdet gir et mål på solenergien som kommer inn i solcellen. Du tar neste trinn ved å feste en krets med en variabel motstand, en strømføler og en spenningssensor. Elektrisk kraft er produktet av strøm og spenning, og den endres avhengig av belastningen solcellen kjører. Så du varierer motstanden, beregner kraften ved hvert trinn, og finner det maksimale effektpunktet. Del den maksimale effekten fra solenergien, og du har solcelleeffektivitet.