Conţinut
Când stai pe plajă, cerul albastru pe care îl vezi, căldura pe care o simți și valurile pe care le auzi toate își au sursa în energia luminii solare.Celulele solare fotovoltaice sunt o modalitate de a converti energia în lumina soarelui în altceva decât o zi plăcută de vacanță. Celulele solare transformă energia în lumina soarelui în energie electrică. Eficiența unei celule solare este raportul dintre cantitatea de energie electrică pe care o produce cu cantitatea de energie solară care o lovește.
Eficienţă
Eficiența oricărui proces este o măsură a funcționării procesului. Adică cât de mult efort trebuie să depuneți pentru a obține un rezultat. Uneori eficiența este dificil de cuantificat, dar pentru celulele solare, este relativ ușoară. Intrarea într-o celulă solară este lumina solară, iar ieșirea este electricitatea. Mai exact, intrarea este energie din lumina soarelui, iar ieșirea este energie în electroni.
Fotoni și lumină
La nivel fundamental, lumina constă din pachete minuscule de energie numite fotoni. În orice moment al zilei, miliarde de fotoni interacționează cu o celulă solară. Acei fotoni au cantități diferite de energie, în funcție de culoarea lor. Unii fotoni reflectă o celulă solară, alții trec prin ea și alții sunt absorbiți. Soarta oricărui foton dat depinde de energia sa - sau, echivalent, de culoarea sa. Este imposibil de a prezice cu certitudine comportamentul oricărui foton specific, dar este posibil să se calculeze probabilitatea interacțiunii.
Absorbție ușoară
Marea majoritate a celulelor solare sunt fabricate din semiconductori. Una dintre caracteristicile semiconductorilor sunt structurile energetice numite „bandgaps”. Electronii de pe partea joasă a benzii de bandă sunt prinși în loc, în timp ce electronii care obțin un impuls de energie către partea înaltă a benzii de bandă sunt liberi să se miște - inclusiv să fie liberi să se deplaseze din semiconductor și să se facă utili în circuitele electrice . Fotonii care transportă o energie apropiată de dimensiunea bandgap-ului într-o celulă solară sunt cel mai probabil să fie absorbiți. Pentru a calcula eficiența, trebuie să multiplicați energia fiecărui foton prin probabilitatea sa de a fi absorbită și probabilitatea de a o scoate din celula solară într-un circuit electric. Acesta este un calcul destul de complex.
Măsurare
Calcularea eficienței de la primele principii este greoaie, dar dacă ai instrumente de măsurare potrivite, poți face calculul mai ușor. Cu ajutorul unui radiometru puteți măsura densitatea puterii în lumina soarelui. Înmulțirea densității puterii cu aria celulei solare oferă o măsură a energiei solare care intră în celula solară. Faceți următorul pas prin atașarea unui circuit cu un rezistor variabil, un senzor de curent și un senzor de tensiune. Energia electrică este produsul curentului și tensiunii și se schimbă în funcție de cantitatea de sarcină pe care o conduce celula solară. Așa că variați rezistența, calculați puterea la fiecare pas și găsiți punctul de putere maximă. Împărțiți puterea maximă de energie electrică la intrarea de energie solară și aveți eficiența celulei solare.