Περιεχόμενο
Όταν καθίσετε στην παραλία, ο γαλάζιος ουρανός που βλέπετε, η ζεστασιά που νιώθετε και τα κύματα που ακούτε όλα έχουν την πηγή τους στην ενέργεια του ηλιακού φωτός.Τα φωτοβολταϊκά ηλιακά κύτταρα είναι ένας τρόπος μετατροπής της ενέργειας στο ηλιακό φως σε κάτι άλλο από μια ευχάριστη μέρα διακοπών. Τα ηλιακά κύτταρα μετατρέπουν την ενέργεια στο φως του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια. Η αποδοτικότητα ενός ηλιακού στοιχείου είναι η αναλογία της ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας που παράγει με την ποσότητα της ηλιακής ενέργειας που το χτυπά.
Αποδοτικότητα
Η αποτελεσματικότητα οποιασδήποτε διαδικασίας είναι ένα μέτρο για το πόσο καλά λειτουργεί η διαδικασία. Δηλαδή, πόση προσπάθεια πρέπει να κάνετε για να πάρετε μια έξοδο. Μερικές φορές η απόδοση είναι δύσκολο να ποσοτικοποιηθεί, αλλά για τα ηλιακά κύτταρα, σχετικά εύκολη. Η είσοδος σε μια ηλιακή κυψέλη είναι το φως του ήλιου και η έξοδος είναι ηλεκτρική ενέργεια. Πιο συγκεκριμένα, η είσοδος είναι ενέργεια από το ηλιακό φως, και η έξοδος είναι ενέργεια σε ηλεκτρόνια.
Φωτόνια και Φως
Σε ένα θεμελιώδες επίπεδο, το φως αποτελείται από μικροσκοπικά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια. Σε οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια της ημέρας, δισεκατομμύρια φωτόνια αλληλεπιδρούν με ένα ηλιακό κύτταρο. Αυτά τα φωτόνια φέρουν διαφορετικές ποσότητες ενέργειας, ανάλογα με το χρώμα τους. Ορισμένα φωτόνια αντανακλούν μια ηλιακή κυψέλη, κάποια περνούν από αυτήν και κάποια απορροφούνται. Η τύχη οποιουδήποτε δεδομένου φωτονίου εξαρτάται από την ενέργεια του - ή, ισοδύναμα, από το χρώμα του. Είναι αδύνατο να προβλέψουμε με βεβαιότητα τη συμπεριφορά ενός συγκεκριμένου φωτονίου, αλλά είναι δυνατόν να υπολογίσουμε την πιθανότητα αλληλεπίδρασης.
Ανάληψη φωτός
Η μεγάλη πλειοψηφία των ηλιακών κυψελών είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγούς. Ένα από τα χαρακτηριστικά των ημιαγωγών είναι οι ενεργειακές δομές που ονομάζονται "bandgaps". Τα ηλεκτρόνια στην χαμηλή πλευρά του bandgap είναι παγιδευμένα στη θέση τους, ενώ τα ηλεκτρόνια που παίρνουν μια ενεργειακή ώθηση στην υψηλή πλευρά του bandgap είναι ελεύθερα να μετακινούνται - συμπεριλαμβανομένης της ελεύθερης μετακίνησης από τον ημιαγωγό εντελώς και να γίνουν χρήσιμα σε ηλεκτρικά κυκλώματα . Τα φωτόνια που φέρουν ενέργεια κοντά στο μέγεθος του bandgap σε μια ηλιακή κυψέλη είναι πιθανότατα απορροφηθούν. Για να υπολογίσετε την αποτελεσματικότητα πρέπει να πολλαπλασιάσετε την ενέργεια κάθε φωτονίου με την πιθανότητα απορρόφησης και την πιθανότητα να βγει από το ηλιακό στοιχείο σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Αυτός είναι ένας αρκετά περίπλοκος υπολογισμός.
Μέτρηση
Ο υπολογισμός της απόδοσης από τις πρώτες αρχές είναι δυσκίνητος, αλλά αν έχετε τα κατάλληλα εργαλεία μέτρησης, μπορείτε να κάνετε τον υπολογισμό πιο εύκολα. Με ένα ραδιόμετρο μπορείτε να μετρήσετε την πυκνότητα ισχύος στο φως του ήλιου. Ο πολλαπλασιασμός της πυκνότητας ισχύος από την περιοχή του ηλιακού στοιχείου παρέχει ένα μέτρο της ηλιακής ενέργειας που εισέρχεται στο ηλιακό στοιχείο. Πραγματοποιείτε το επόμενο βήμα συνδέοντας ένα κύκλωμα με μεταβλητή αντίσταση, αισθητήρα ρεύματος και αισθητήρα τάσης. Η ηλεκτρική ενέργεια είναι το προϊόν του ρεύματος και της τάσης και αλλάζει ανάλογα με την ποσότητα φορτίου που η ηλιακή κυψέλη κινεί. Έτσι μεταβάλλετε την αντίσταση, υπολογίζοντας την ισχύ σε κάθε βήμα και βρείτε το μέγιστο σημείο ισχύος. Χωρίστε τη μέγιστη έξοδο ηλεκτρικής ισχύος από την είσοδο ηλιακής ενέργειας και έχετε την αποδοτικότητα των ηλιακών κυψελών.