Beräkningen av solcellseffektivitet

När du sitter på stranden, den blå himlen du ser, värmen du känner och vågorna du hör, har alla sina källor till solenergi. Solceller från solceller är ett sätt att omvandla energin i solljus till något annat än en trevlig semesterdag. Solceller omvandlar energi i solljus till elektrisk energi. Effektiviteten hos en solcell är förhållandet mellan mängden elektrisk energi den producerar och den mängd solenergi som träffar den.

Effektiviteten i vilken process som helst är ett mått på hur väl processen fungerar. Det vill säga hur mycket ansträngning du behöver göra för att få utdata. Ibland är effektivitet svår att kvantifiera, men för solceller är det relativt enkelt. Ingången till en solcell är solljus och utgången är elektricitet. Mer specifikt är ingången energi från solljus, och utgången är energi i elektroner.

På grundläggande nivå består ljuset av små energipaket som kallas fotoner. När som helst under dagen interagerar miljarder fotoner med en solcell. Dessa fotoner bär olika mängder energi, beroende på deras färg. Vissa fotoner reflekterar från en solcell, andra passerar genom den och andra absorberas. Ödet för en given foton beror på dess energi - eller, likvärdigt, dess färg. Det är omöjligt att med säkerhet förutsäga beteendet hos en specifik foton, men det är möjligt att beräkna sannolikheten för interaktion.

De allra flesta solceller är tillverkade av halvledare. En av funktionerna i halvledare är energistrukturer som kallas "bandgaps". Elektroner på den nedre sidan av bandgap fastnar på plats, medan elektroner som får en energiboost till den höga sidan av bandgap är fria att röra sig - inklusive att vara fria att röra sig ur halvledaren helt och göra sig användbara i elektriska kretsar. Fotoner som bär en energi som ligger nära storleken på bandgapet i en solcell absorberas mest. För att beräkna effektiviteten måste du multiplicera energin för varje foton med dess sannolikhet att absorberas och dess sannolikhet att göra den ur solcellen till en elektrisk krets. Det är en ganska komplex beräkning.

Att beräkna effektivitet från de första principerna är besvärligt, men om du har rätt mätverktyg kan du göra beräkningen lättare. Med en radiometer kan du mäta effekttätheten i solljus. Att multiplicera effekttätheten med solcellens yta ger ett mått på solenergin som kommer in i solcellen. Du tar nästa steg genom att ansluta en krets med ett variabelt motstånd, en strömgivare och en spänningssensor. Elektrisk kraft är produkten av strömmen och spänningen, och den ändras beroende på hur mycket belastning solcellen kör. Så du varierar motståndet, beräknar effekten i varje steg och hittar den maximala effektpunkten. Dela upp den maximala eleffekten med solenergin och du har solcellseffektiviteten.