การคำนวณประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์

เมื่อคุณนั่งบนชายหาด ท้องฟ้าสีฟ้าที่คุณเห็น ความอบอุ่นที่คุณสัมผัส และคลื่นที่คุณได้ยินล้วนมีที่มาของพลังงานจากแสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์เป็นวิธีการแปลงพลังงานในแสงแดดเป็นอย่างอื่นที่ไม่ใช่วันหยุดที่สนุกสนาน เซลล์แสงอาทิตย์แปลงพลังงานในแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้า ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์คืออัตราส่วนของปริมาณพลังงานไฟฟ้าที่ผลิตได้ต่อปริมาณพลังงานแสงอาทิตย์ที่กระทบ

ประสิทธิภาพของกระบวนการใด ๆ เป็นตัววัดว่ากระบวนการทำงานได้ดีเพียงใด นั่นคือความพยายามที่คุณต้องทุ่มเทเพื่อให้ได้ผลงาน บางครั้งประสิทธิภาพก็ยากที่จะหาปริมาณ แต่สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ มันค่อนข้างง่าย อินพุตไปยังเซลล์แสงอาทิตย์คือแสงแดดและเอาต์พุตคือไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อินพุตคือพลังงานจากแสงแดด และเอาต์พุตคือพลังงานในอิเล็กตรอน

ในระดับพื้นฐาน แสงประกอบด้วยกลุ่มพลังงานเล็กๆ ที่เรียกว่าโฟตอน ในช่วงเวลาใดระหว่างวัน โฟตอนหลายพันล้านโต้ตอบกับเซลล์แสงอาทิตย์ โฟตอนเหล่านี้มีพลังงานต่างกันไป ขึ้นอยู่กับสี โฟตอนบางตัวสะท้อนจากเซลล์แสงอาทิตย์ บางส่วนผ่านไปและบางส่วนถูกดูดซับ ชะตากรรมของโฟตอนใด ๆ ขึ้นอยู่กับพลังงานของมัน - หรือสีของมันเท่ากัน เป็นไปไม่ได้ที่จะทำนายพฤติกรรมของโฟตอนเฉพาะอย่างแน่ชัด แต่สามารถคำนวณความน่าจะเป็นของการโต้ตอบได้

เซลล์แสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ คุณลักษณะหนึ่งของเซมิคอนดักเตอร์คือโครงสร้างพลังงานที่เรียกว่า "bandgaps" อิเล็กตรอนที่อยู่ด้านล่างของ bandgap ติดอยู่กับที่ ในขณะที่อิเล็กตรอนที่ได้รับ an การเพิ่มพลังงานที่ด้านสูงของ bandgap นั้นเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ รวมถึงการเคลื่อนย้ายออกจากเซมิคอนดักเตอร์โดยสิ้นเชิง และทำให้ตัวเองมีประโยชน์ในด้านไฟฟ้า วงจร โฟตอนที่มีพลังงานใกล้เคียงกับขนาดของ bandgap ในเซลล์แสงอาทิตย์มักจะถูกดูดซับมากที่สุด ในการคำนวณประสิทธิภาพ คุณต้องคูณพลังงานของโฟตอนทุกตัวด้วยความน่าจะเป็นที่จะถูกดูดกลืน และความน่าจะเป็นที่จะทำให้ออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ไปเป็นวงจรไฟฟ้า นั่นเป็นการคำนวณที่ค่อนข้างซับซ้อน

การคำนวณประสิทธิภาพจากหลักการแรกนั้นยุ่งยาก แต่ถ้าคุณมีเครื่องมือวัดที่เหมาะสม คุณจะสามารถคำนวณได้ง่ายขึ้น ด้วยเรดิโอมิเตอร์ คุณสามารถวัดความหนาแน่นของพลังงานในแสงแดดได้ การคูณความหนาแน่นของพลังงานด้วยพื้นที่ของเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นตัววัดพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้ามาในเซลล์แสงอาทิตย์ คุณทำขั้นตอนต่อไปโดยติดวงจรที่มีตัวต้านทานปรับค่าได้ เซ็นเซอร์กระแสไฟ และเซ็นเซอร์แรงดันไฟ พลังงานไฟฟ้าเป็นผลคูณของกระแสและแรงดันไฟ และจะเปลี่ยนแปลงไปตามปริมาณโหลดที่โซลาร์เซลล์กำลังขับ ดังนั้นคุณจึงเปลี่ยนความต้านทาน คำนวณกำลังในทุกขั้นตอน และหาจุดกำลังสูงสุด หารเอาท์พุตพลังงานไฟฟ้าสูงสุดด้วยอินพุตพลังงานแสงอาทิตย์ และคุณมีประสิทธิภาพโซลาร์เซลล์