Izračun učinkovitosti sončnih celic

Ko sedite na plaži, modro nebo, ki ga vidite, toplota, ki jo čutite, in valovi, ki jih slišite, imajo svoj vir v energiji sončne svetlobe. Fotonapetostne sončne celice so način pretvorbe energije v sončni svetlobi v kaj drugega kot v prijeten dopustniški dan. Sončne celice pretvarjajo energijo na sončni svetlobi v električno energijo. Učinkovitost sončne celice je razmerje med količino električne energije, ki jo proizvede, in količino sončne energije, ki jo prizadene.

Učinkovitost katerega koli postopka je merilo, kako dobro postopek deluje. To pomeni, koliko truda morate vložiti, da dobite rezultat. Včasih je učinkovitost težko količinsko opredeliti, za sončne celice pa je razmeroma enostavno. Vhod sončne celice je sončna svetloba, izhod pa električna energija. Natančneje, vhod je energija sončne svetlobe, izhod pa energija v elektronih.

Na osnovni ravni je svetloba sestavljena iz majhnih zavojčkov energije, imenovanih fotoni. V vsakem trenutku čez dan milijarde fotonov komunicirajo s sončno celico. Ti fotoni nosijo različne količine energije, odvisno od njihove barve. Nekateri fotoni se odbijajo od sončne celice, nekateri prehajajo skozenj, drugi pa se absorbirajo. Usoda katerega koli fotona je odvisna od njegove energije - ali, enako, od njegove barve. Nemogoče je z gotovostjo napovedati vedenje katerega koli določenega fotona, vendar je mogoče izračunati verjetnost interakcije.

Velika večina sončnih celic je narejena iz polprevodnikov. Ena od značilnosti polprevodnikov so energetske strukture, imenovane "pasovne vrzeli". Elektroni na spodnji strani pasovne vrzeli so ujeti na svojem mestu, medtem ko elektroni, ki dobijo an povečanje energije na visoki strani pasovne vrzeli se lahko prosto gibljejo - vključno s tem, da se lahko popolnoma premaknejo iz polprevodnika in postanejo koristni v električni industriji vezja. Najverjetneje bodo absorbirani fotoni, ki v sončni celici nosijo energijo, ki je blizu velikosti pasovne vrzeli. Za izračun učinkovitosti morate energijo vsakega fotona pomnožiti z njegovo verjetnostjo absorpcije in verjetnostjo, da bo iz sončne celice prešel v električni tokokrog. To je dokaj zapleten izračun.

Izračunavanje učinkovitosti po prvih principih je okorno, vendar če imate ustrezna merilna orodja, lahko izračun olajšate. Z radiometrom lahko izmerite gostoto moči na sončni svetlobi. Množenje gostote moči s površino sončne celice zagotavlja mero sončne energije, ki prihaja v sončno celico. Naslednji korak naredite tako, da pritrdite vezje s spremenljivim uporom, tokovnim senzorjem in napetostnim senzorjem. Električna moč je produkt toka in napetosti in se spreminja glede na količino obremenitve, ki jo poganja sončna celica. Torej spreminjate upor, izračunavate moč na vsakem koraku in poiščete največjo moč. Največjo izhodno električno moč razdelite na vloženo sončno energijo in izkoristite sončne celice.