Keď sedíte na pláži, modrá obloha, ktorú vidíte, teplo, ktoré cítite, a vlny, ktoré počujete, majú svoj zdroj v energii slnečného žiarenia. Fotovoltaické solárne články sú spôsobom, ako premieňať energiu na slnečnom svetle na niečo iné, ako je príjemný deň dovolenky. Solárne články premieňajú energiu na slnečnom svetle na elektrickú energiu. Účinnosť solárneho článku je pomer množstva vyrobenej elektrickej energie k množstvu slnečnej energie, ktorá na ňu dopadne.
Účinnosť
Účinnosť každého procesu je mierou toho, ako dobre tento proces funguje. To znamená, koľko úsilia musíte vynaložiť, aby ste dosiahli výstup. Niekedy je ťažké kvantifikovať účinnosť, ale pre solárne články je to pomerne jednoduché. Vstupom do solárneho článku je slnečné svetlo a výstupom je elektrina. Presnejšie povedané, vstupom je energia zo slnečného žiarenia a výstupom je energia v elektrónoch.
Fotóny a svetlo
Na základnej úrovni pozostáva svetlo z malých balíčkov energie nazývaných fotóny. V ktoromkoľvek okamihu počas dňa interagujú miliardy fotónov so solárnym článkom. Tieto fotóny nesú rôzne množstvo energie v závislosti od ich farby. Niektoré fotóny sa odrážajú od solárneho článku, iné cez ne prechádzajú a iné sú absorbované. Osud ktoréhokoľvek daného fotónu závisí od jeho energie - alebo ekvivalentne od farby. Nie je možné s istotou predpovedať správanie sa jedného konkrétneho fotónu, ale je možné vypočítať pravdepodobnosť interakcie.
Absorpcia svetla
Prevažná väčšina solárnych článkov je vyrobená z polovodičov. Jednou z vlastností polovodičov sú energetické štruktúry nazývané „bandgaps“. Elektróny na spodnej strane pásma sú zachytené na mieste, zatiaľ čo elektróny, ktoré dostanú zvýšenie energie na vysokej strane pásma sa môže voľne pohybovať - vrátane toho, že sa môže úplne pohybovať z polovodiča a stať sa užitočnými v elektrických obvodov. Najpravdepodobnejšie sú absorbované fotóny, ktoré prenášajú energiu blízku veľkosti pásma v solárnom článku. Na výpočet účinnosti musíte vynásobiť energiu každého fotónu jeho pravdepodobnosťou absorpcie a pravdepodobnosťou, že sa zo solárneho článku stane elektrický obvod. To je dosť zložitý výpočet.
Meranie
Výpočet efektívnosti z prvých princípov je ťažkopádny, ale ak máte správne meracie nástroje, môžete výpočet vykonať jednoduchšie. Rádiometrom môžete merať hustotu energie na slnečnom svetle. Vynásobením hustoty výkonu plochou solárneho článku sa zabezpečí miera slnečnej energie prichádzajúcej do solárneho článku. Ďalší krok urobíte pripojením obvodu s variabilným rezistorom, prúdovým snímačom a snímačom napätia. Elektrická energia je produktom prúdu a napätia a mení sa v závislosti od množstva zaťaženia, ktoré solárny článok poháňa. Takže v každom kroku meníte odpor, vypočítate výkon a nájdete bod maximálneho výkonu. Vydeľte maximálny elektrický výkon solárnym príkonom a máte účinnosť solárnych článkov.