Güneş Pili Verimliliğinin Hesaplanması

Sahilde oturduğunuzda gördüğünüz masmavi gökyüzü, hissettiğiniz sıcaklık ve duyduğunuz dalgaların kaynağı güneş ışığının enerjisindedir. Fotovoltaik güneş pilleri, güneş ışığındaki enerjiyi keyifli bir tatil gününden başka bir şeye dönüştürmenin bir yoludur. Güneş pilleri, güneş ışığındaki enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bir güneş pilinin verimi, ürettiği elektrik enerjisi miktarının, ona çarpan güneş enerjisi miktarına oranıdır.

Herhangi bir sürecin verimliliği, sürecin ne kadar iyi çalıştığının bir ölçüsüdür. Yani, bir çıktı elde etmek için ne kadar çaba sarf etmeniz gerekiyor. Bazen verimliliği ölçmek zordur, ancak güneş pilleri için nispeten kolaydır. Bir güneş pilinin girişi güneş ışığı, çıkışı ise elektriktir. Daha spesifik olarak, giriş güneş ışığından gelen enerjidir ve çıkış elektronlardaki enerjidir.

Temel düzeyde ışık, foton adı verilen küçük enerji paketlerinden oluşur. Günün herhangi bir anında, milyarlarca foton bir güneş pili ile etkileşime girer. Bu fotonlar, renklerine bağlı olarak farklı miktarlarda enerji taşırlar. Bazı fotonlar güneş pilinden yansır, bazıları içinden geçer ve bazıları emilir. Herhangi bir fotonun kaderi, enerjisine veya eşdeğer olarak rengine bağlıdır. Belirli bir fotonun davranışını kesin olarak tahmin etmek imkansızdır, ancak etkileşim olasılığını hesaplamak mümkündür.

Güneş pillerinin büyük çoğunluğu yarı iletkenlerden yapılır. Yarı iletkenlerin özelliklerinden biri de "bant boşlukları" adı verilen enerji yapılarıdır. Bant aralığının düşük tarafındaki elektronlar yerinde tutulurken, bant aralığının yüksek tarafındaki enerji artışı, hareket etmekte serbesttir - yarı iletkenden tamamen çıkmakta özgür olmak ve kendilerini elektriksel olarak faydalı kılmak dahil devreler. Bir güneş pilindeki bant aralığının boyutuna yakın bir enerji taşıyan fotonların soğurulma olasılığı en yüksektir. Verimliliği hesaplamak için, her fotonun enerjisini, soğurulma olasılığı ve onu güneş pilinden bir elektrik devresine dönüştürme olasılığı ile çarpmanız gerekir. Bu oldukça karmaşık bir hesaplama.

Verimliliği ilk prensiplerden hesaplamak zahmetlidir, ancak doğru ölçüm araçlarına sahipseniz hesaplamayı daha kolay yapabilirsiniz. Bir radyometre ile güneş ışığındaki güç yoğunluğunu ölçebilirsiniz. Güç yoğunluğunun güneş pili alanıyla çarpılması, güneş piline gelen güneş enerjisinin bir ölçüsünü sağlar. Değişken direnç, akım sensörü ve voltaj sensörüne sahip bir devre bağlayarak bir sonraki adımı atarsınız. Elektrik gücü, akım ve voltajın ürünüdür ve güneş pilinin sürdüğü yük miktarına bağlı olarak değişir. Böylece her adımda gücü hesaplayarak direnci değiştirir ve maksimum güç noktasını bulursunuz. Maksimum elektrik gücü çıkışını güneş enerjisi girişine bölün ve güneş pili verimliliğine sahip olursunuz.