Obliczanie wydajności ogniw słonecznych

Kiedy siedzisz na plaży, błękitne niebo, które widzisz, ciepło, które czujesz i fale, które słyszysz, mają swoje źródło w energii światła słonecznego. Fotowoltaiczne ogniwa słoneczne to sposób na zamianę energii słonecznej na coś innego niż przyjemny dzień wakacji. Ogniwa słoneczne przekształcają energię słoneczną w energię elektryczną. Sprawność ogniwa słonecznego to stosunek ilości wytwarzanej energii elektrycznej do ilości energii słonecznej, która w nie uderza.

Wydajność każdego procesu jest miarą tego, jak dobrze ten proces działa. To znaczy, ile wysiłku musisz włożyć, aby uzyskać wynik. Czasami wydajność jest trudna do określenia ilościowego, ale w przypadku ogniw słonecznych jest to stosunkowo łatwe. Wejściem do ogniwa słonecznego jest światło słoneczne, a wyjściem jest energia elektryczna. Dokładniej, wejście to energia ze światła słonecznego, a wyjście to energia w elektronach.

Na podstawowym poziomie światło składa się z maleńkich pakietów energii zwanych fotonami. W każdej chwili w ciągu dnia miliardy fotonów wchodzą w interakcję z ogniwem słonecznym. Fotony te niosą różne ilości energii, w zależności od ich koloru. Niektóre fotony odbijają się od ogniwa słonecznego, inne przechodzą przez nie, a inne są pochłaniane. Los każdego fotonu zależy od jego energii – lub, równoważnie, od jego koloru. Nie da się przewidzieć z całą pewnością zachowania jednego konkretnego fotonu, ale możliwe jest obliczenie prawdopodobieństwa interakcji.

Zdecydowana większość ogniw słonecznych wykonana jest z półprzewodników. Jedną z cech półprzewodników są struktury energetyczne zwane „przerwami wzbronionymi”. Elektrony po niższej stronie pasma wzbronionego są uwięzione w miejscu, podczas gdy elektrony, które uzyskują zwiększenie energii do górnej części pasma wzbronionego może się swobodnie poruszać - w tym może całkowicie wyjść z półprzewodnika i stać się użytecznym w elektryczności. obwody. Najbardziej prawdopodobne jest zaabsorbowanie fotonów, które niosą energię zbliżoną do wielkości przerwy energetycznej w ogniwie słonecznym. Aby obliczyć wydajność, musisz pomnożyć energię każdego fotonu przez prawdopodobieństwo jego zaabsorbowania i jego prawdopodobieństwa przekształcenia go z ogniwa słonecznego w obwód elektryczny. To dość skomplikowana kalkulacja.

Obliczanie wydajności na podstawie pierwszych zasad jest kłopotliwe, ale jeśli masz odpowiednie narzędzia pomiarowe, możesz łatwiej wykonać obliczenia. Za pomocą radiometru można zmierzyć gęstość mocy w świetle słonecznym. Mnożenie gęstości mocy przez powierzchnię ogniwa słonecznego zapewnia miarę energii słonecznej wchodzącej do ogniwa słonecznego. Kolejny krok wykonujesz dołączając obwód z rezystorem zmiennym, czujnikiem prądu i czujnikiem napięcia. Energia elektryczna jest iloczynem prądu i napięcia i zmienia się w zależności od obciążenia, jakie napędza ogniwo słoneczne. Więc zmieniasz opór, obliczasz moc na każdym kroku i znajdujesz maksymalny punkt mocy. Podziel maksymalną moc wyjściową przez pobór energii słonecznej i uzyskasz wydajność ogniwa słonecznego.