Beregningen af ​​Solar Cell Efficiency

Når du sidder på stranden, ser den blå himmel, den varme du føler, og de bølger, du hører alle, deres kilde i solens energi. Fotovoltaiske solceller er en måde at konvertere energien i sollys til noget andet end en fornøjelig feriedag. Solceller konverterer energi i sollys til elektrisk energi. Effektiviteten af ​​en solcelle er forholdet mellem mængden af ​​elektrisk energi, den producerer til mængden af ​​solenergi, der rammer den.

Effektivitet

Effektiviteten af ​​enhver proces er et mål for, hvordan godt processen virker. Det er, hvor meget indsats du skal indsætte for at få en output. Nogle gange er effektiviteten vanskelig at kvantificere, men for solceller er det relativt let. Indgangen til en solcelle er sollys, og udgangen er elektricitet. Mere specifikt er inputen energi fra sollys, og udgangen er energi i elektroner.

Fotoner og lys

På et grundlæggende niveau består lyset af små energipakker, der kaldes fotoner. På et hvilket som helst tidspunkt i løbet af dagen interagerer billioner af fotoner med en solcelle. Disse fotoner bærer forskellige mængder energi afhængigt af deres farve. Nogle fotoner afspejler en solcelle, nogle passerer igennem det og nogle er absorberet. Enhver fotons skæbne afhænger af dens energi - eller ækvivalent dens farve. Det er umuligt at forudsige med sikkerhed en adfærd med en bestemt foton, men det er muligt at beregne sandsynligheden for interaktion.

Lysabsorption

Langt størstedelen af ​​solceller er lavet af halvledere. Et af funktionerne i halvledere er energistrukturer kaldet "bandgaps". Elektroner på den lave side af bandgapet er fanget på plads, mens elektroner, der får en energiforøgelse til bandgapets høje side, er fri til at bevæge sig - herunder at være fri til at bevæge sig ud af halvlederen helt og gøre sig nyttige i elektriske kredsløb . Fotoner, der bærer en energi tæt på størrelsen af ​​bandgapet i en solcelle, er mest sandsynligt, at de absorberes. For at beregne effektiviteten skal du forøge energien af ​​hver foton ved sandsynligheden for at blive absorberet, og dens sandsynlighed for at gøre den ud af solcellen i et elektrisk kredsløb. Det er en ret kompleks beregning.

Måling

Beregning af effektivitet fra første principper er besværlig, men hvis du har de rigtige måleværktøjer, kan du gøre beregningen lettere. Med et radiometer kan du måle strømtætheden i sollys. Multiplicering af effektdensiteten ved solcellens område giver et mål for solenergi, der kommer ind i solcellen. Du tager det næste trin ved at tilslutte et kredsløb med en variabel modstand, en strømføler og en spændingsføler. Elektrisk strøm er produktet af strøm og spænding, og det ændres afhængigt af mængden af ​​belastning solcellen kører. Så du varierer modstanden, beregningskraften ved hvert trin og finder det maksimale effektpunkt. Opdel den maksimale elektriske effekt ved hjælp af solenergiindgangen, og du har solcelleffektiviteten.