Коли ви сидите на пляжі, блакитне небо, яке ви бачите, тепло, яке ви відчуваєте, і хвилі, які ви чуєте, мають своє джерело в енергії сонячного світла. Фотоелектричні сонячні елементи - це спосіб перетворення енергії сонячного світла на щось інше, ніж приємний день відпустки. Сонячні елементи перетворюють енергію на сонячному світлі в електричну. Ефективність сонячного елемента - це відношення кількості електричної енергії, яку він виробляє, до кількості сонячної енергії, яка його вражає.
Ефективність
Ефективність будь-якого процесу є мірою того, наскільки добре працює процес. Тобто, скільки зусиль потрібно докласти, щоб отримати результат. Іноді ефективність складно визначити кількісно, але для сонячних елементів це відносно легко. Вхід в сонячну батарею - сонячне світло, а вихід - електроенергія. Більш конкретно, вхід - це енергія сонячного світла, а вихід - енергія в електронах.
Фотони і світло
На основному рівні світло складається з крихітних пакетів енергії, які називаються фотонами. У будь-яку мить протягом дня мільярди фотонів взаємодіють із сонячним елементом. Ці фотони несуть різну кількість енергії, залежно від їх кольору. Деякі фотони відбиваються від сонячного елемента, деякі проходять через нього, а деякі поглинаються. Доля будь-якого фотона залежить від його енергії - або, що еквівалентно, кольору. Неможливо з певністю передбачити поведінку якогось конкретного фотона, але можна розрахувати ймовірність взаємодії.
Поглинання світла
Переважна більшість сонячних елементів зроблені з напівпровідників. Однією з особливостей напівпровідників є енергетичні структури, що називаються "смугами пропускання". Електрони на нижній стороні зазору затримуються на місці, тоді як електрони, які отримують Посилення енергії на високій стороні смуги пропускання може вільно рухатись - включаючи можливість вільного виходу з напівпровідника та отримання користі в електротехніці ланцюгів. Найбільш ймовірно, що фотони, які несуть енергію, близьку до розміру зазору в сонячній батареї, поглинаються. Для обчислення ефективності потрібно помножити енергію кожного фотона на його ймовірність поглинання та ймовірність перетворити його з сонячного елемента в електричну ланцюг. Це досить складний розрахунок.
Вимірювання
Обчислення ефективності за першими принципами є громіздким, але якщо у вас є правильні засоби вимірювання, ви можете зробити розрахунок простішим. За допомогою радіометра можна виміряти щільність потужності в сонячному світлі. Помноження щільності потужності на площу сонячної батареї забезпечує вимірювання сонячної енергії, що надходить у сонячну батарею. Ви робите наступний крок, приєднавши схему зі змінним резистором, датчиком струму та датчиком напруги. Електрична потужність є добутком струму та напруги, і вона змінюється залежно від величини навантаження, на яку рухається сонячний елемент. Таким чином ви змінюєте опір, обчислюючи потужність на кожному кроці, і знаходите максимальну точку потужності. Розділіть максимальну вихідну електричну потужність на сонячну потужність, і ви отримаєте ефективність сонячних елементів.