Прорачун ефикасности соларних ћелија

Када седите на плажи, плаво небо које видите, топлину коју осећате и таласи које чујете имају свој извор енергије сунчеве светлости. Фотонапонске соларне ћелије начин су претварања енергије на сунчевој светлости у нешто друго осим у угодан дан одмора. Соларне ћелије претварају енергију на сунчевој светлости у електричну. Ефикасност соларне ћелије је однос количине електричне енергије коју производи према количини сунчеве енергије која је погађа.

Ефикасност било ког процеса је мера колико добро процес функционише. Односно, колико напора треба да уложите да бисте добили излаз. Понекад је ефикасност тешко квантификовати, али за соларне ћелије је то релативно лако. Улаз у соларну ћелију је сунчева светлост, а излаз је електрична енергија. Прецизније, улаз је енергија сунчеве светлости, а излаз енергија електрона.

На основном нивоу, светлост се састоји од сићушних пакетића енергије званих фотони. У било ком тренутку током дана, милијарде фотона комуницирају са соларном ћелијом. Ти фотони носе различите количине енергије, у зависности од њихове боје. Неки фотони се одбијају од соларне ћелије, неки пролазе кроз њу, а неки се апсорбују. Судбина било ког датог фотона зависи од његове енергије - или, сходно томе, од његове боје. Немогуће је са сигурношћу предвидети понашање било ког одређеног фотона, али могуће је израчунати вероватноћу интеракције.

Велика већина соларних ћелија направљена је од полупроводника. Једна од карактеристика полупроводника су енергетске структуре назване „пропусни опсези“. Електрони на доњој страни пропусног опсега заробљени су на месту, док електрони који добијају ан појачавање енергије на високој страни пропусног опсега слободно се креће - укључујући слободу да се уопште помере из полупроводника и учини корисним у електричној струји кола. Највероватније ће бити апсорбовани фотони који у соларној ћелији носе енергију блиску величини запречног опсега. Да бисте израчунали ефикасност, потребно је да помножите енергију сваког фотона вероватноћом да буде апсорбован и вероватноћом да из соларне ћелије изађе у електрични круг. То је прилично сложен прорачун.

Израчунавање ефикасности из првих принципа је незгодно, али ако имате одговарајуће алате за мерење можете лакше извршити прорачун. Радиометром можете измерити густину снаге на сунчевој светлости. Множење густине снаге са површином соларне ћелије даје меру соларне енергије која долази у соларну ћелију. Следећи корак предузимате причвршћивањем кола са променљивим отпорником, сензором струје и напоном. Електрична снага је производ струје и напона и она се мења у зависности од количине оптерећења коју соларна ћелија покреће. Тако варирате отпор, рачунајући снагу у сваком кораку и проналазите тачку максималне снаге. Поделите максималну излазну електричну снагу са улагањем соларне енергије и добићете ефикасност соларних ћелија.