Când stai pe plajă, cerul albastru pe care îl vezi, căldura pe care o simți și valurile pe care le auzi își au sursa în energia luminii solare. Celulele solare fotovoltaice sunt o modalitate de a transforma energia din lumina soarelui în altceva decât o zi plăcută de vacanță. Celulele solare transformă energia din lumina soarelui în energie electrică. Eficiența unei celule solare este raportul dintre cantitatea de energie electrică pe care o produce și cantitatea de energie solară care o lovește.
Eficienţă
Eficiența oricărui proces este o măsură a cât de bine funcționează procesul. Adică, cât efort trebuie să depuneți pentru a obține o ieșire. Uneori eficiența este dificil de cuantificat, dar pentru celulele solare este relativ ușor. Intrarea într-o celulă solară este lumina soarelui, iar ieșirea este electricitate. Mai precis, intrarea este energie din lumina soarelui, iar ieșirea este energie în electroni.
Fotoni și Lumină
La un nivel fundamental, lumina constă din pachete minuscule de energie numite fotoni. În orice moment al zilei, miliarde de fotoni interacționează cu o celulă solară. Acei fotoni transportă cantități diferite de energie, în funcție de culoarea lor. Unii fotoni reflectă o celulă solară, unii trec prin ea și alții sunt absorbiți. Soarta oricărui foton dat depinde de energia sa - sau, în mod echivalent, de culoarea sa. Este imposibil să se prevadă cu certitudine comportamentul unui foton specific, dar este posibil să se calculeze probabilitatea de interacțiune.
Absorbția luminii
Marea majoritate a celulelor solare sunt fabricate din semiconductori. Una dintre caracteristicile semiconductorilor sunt structurile energetice numite „bandgaps”. Electronii din partea de jos a bandei sunt prinsi în loc, în timp ce electronii care obțin un creșterea energiei către partea înaltă a spațiului de bandă sunt libere să se miște - inclusiv să fie liberi să se deplaseze complet din semiconductor și să se facă utili în domeniul electric circuite. Fotonii care transportă o energie aproape de dimensiunea bandgap-ului dintr-o celulă solară sunt cei mai susceptibili de a fi absorbiți. Pentru a calcula eficiența, trebuie să înmulțiți energia fiecărui foton prin probabilitatea sa de a fi absorbită și probabilitatea de a o face din celula solară într-un circuit electric. Acesta este un calcul destul de complex.
Măsurare
Calculul eficienței de la primele principii este greoi, dar dacă aveți instrumentele de măsurare potrivite, puteți face calculul mai ușor. Cu un radiometru puteți măsura densitatea puterii în lumina soarelui. Înmulțirea densității puterii cu aria celulei solare oferă o măsură a energiei solare care intră în celula solară. Faceți următorul pas prin atașarea unui circuit cu un rezistor variabil, un senzor de curent și un senzor de tensiune. Puterea electrică este produsul curentului și tensiunii și se schimbă în funcție de cantitatea de încărcare pe care o conduce celula solară. Deci, variați rezistența, calculând puterea la fiecare pas și găsiți punctul maxim de putere. Împărțiți puterea electrică maximă de intrare la puterea solară și veți avea eficiența celulei solare.