Зміст
Коли ви сидите на пляжі, блакитне небо, яке ви бачите, тепло, яке ви відчуваєте, і хвилі, які ви чуєте, мають своє джерело енергії сонячного світла.Фотоелектричні сонячні батареї - це спосіб перетворення енергії під сонячним світлом у щось інше, ніж приємний день відпустки. Сонячні клітини перетворюють енергію сонячного світла в електричну. Ефективність сонячної комірки - це відношення кількості електричної енергії, яку вона виробляє, і кількості сонячної енергії, яка вражає її.
Ефективність
Ефективність будь-якого процесу є мірою того, наскільки добре працює процес. Тобто, скільки зусиль потрібно докласти, щоб отримати вихід. Іноді ефективність складно оцінити, але для сонячних батарей це досить просто. Вхід до сонячної батареї - сонячне світло, а вихід - електрика. Більш конкретно, вхід - це енергія від сонячного світла, а вихід - енергія в електронах.
Фотони і світло
На фундаментальному рівні світло складається з крихітних пакетів енергії, званих фотонами. У будь-яку мить протягом дня мільярди фотонів взаємодіють із сонячною батареєю. Ці фотони несуть різну кількість енергії, залежно від їх кольору. Деякі фотони відбиваються від сонячної клітини, деякі проходять через неї, а деякі поглинаються. Доля будь-якого фотона залежить від його енергії - або, що рівнозначно, від його кольору. Неможливо з впевненістю передбачити поведінку будь-якого конкретного фотона, але можна розрахувати ймовірність взаємодії.
Поглинання світла
Переважна більшість сонячних батарей виготовлені з напівпровідників. Однією з особливостей напівпровідників є енергетичні структури, які називаються «смугами». Електрони, що знаходяться на нижній стороні смуги, затримуються на місці, в той час як електрони, що отримують енергетичний приріст у високу сторону смуги, можуть вільно рухатися - в тому числі бути вільними повністю виходити з напівпровідника та стати корисними в електричних ланцюгах . Фотони, які переносять енергію, близьку до розміру смуги пропускання сонячної комірки, найімовірніше, будуть поглинені. Для обчислення ефективності потрібно помножити енергію кожного фотона на його ймовірність поглинання та його ймовірність переведення його з сонячної комірки в електричний ланцюг. Це досить складний розрахунок.
Вимірювання
Обчислення ефективності за першими принципами є громіздким, але якщо у вас є правильні інструменти вимірювання, ви можете зробити розрахунок простіше. За допомогою радіометра ви можете виміряти щільність потужності при сонячному світлі. Помноження щільності потужності на площу сонячної комірки забезпечує міру сонячної енергії, що надходить у сонячну клітинку. Наступний крок ви здійснюєте, приєднавши схему зі змінним резистором, датчиком струму та датчиком напруги. Електрична потужність є продуктом струму і напруги, і вона змінюється залежно від кількості навантаження, на яке рухається сонячна батарея. Таким чином, ви змінюєте опір, обчислюючи потужність на кожному кроці, і знаходите точку максимальної потужності. Розділіть максимальну віддачу електроенергії на вхід сонячної енергії, і ви отримаєте ефективність сонячної батареї.