Содержание
Когда вы сидите на пляже, голубое небо, которое вы видите, тепло, которое вы чувствуете, и волны, которые вы слышите, все имеют свой источник энергии солнечного света.Фотоэлектрические солнечные элементы - это способ преобразования энергии солнечного света в нечто иное, чем приятный отпуск. Солнечные элементы преобразуют энергию солнечного света в электрическую энергию. Эффективность солнечного элемента - это отношение количества электрической энергии, которую он производит, к количеству солнечной энергии, которая поражает его.
КПД
Эффективность любого процесса является мерой того, насколько хорошо этот процесс работает. То есть сколько усилий нужно приложить, чтобы получить результат. Иногда эффективность трудно определить количественно, но для солнечных элементов это относительно просто. Вход для солнечного элемента - солнечный свет, а выход - электричество. Точнее говоря, ввод энергии солнечного света, а выход энергии электронов.
Фотоны и свет
На фундаментальном уровне свет состоит из крошечных пакетов энергии, называемых фотонами. В любой момент в течение дня миллиарды фотонов взаимодействуют с солнечным элементом. Эти фотоны несут различное количество энергии, в зависимости от их цвета. Некоторые фотоны отражаются от солнечного элемента, некоторые проходят через него, а некоторые поглощаются. Судьба любого данного фотона зависит от его энергии - или, что эквивалентно, от его цвета. Невозможно с уверенностью предсказать поведение какого-либо одного конкретного фотона, но можно рассчитать вероятность взаимодействия.
Поглощение света
Подавляющее большинство солнечных элементов сделаны из полупроводников. Одной из особенностей полупроводников являются энергетические структуры, называемые «запрещенными зонами». Электроны на нижней стороне запрещенной зоны удерживаются на месте, в то время как электроны, которые усиливают энергию на верхней стороне запрещенной зоны, могут свободно перемещаться, в том числе полностью выходить из полупроводника и могут использоваться в электрических цепях. , Фотоны, которые несут энергию, близкую к размеру запрещенной зоны в солнечном элементе, наиболее вероятно будут поглощены. Чтобы рассчитать эффективность, вам нужно умножить энергию каждого фотона на вероятность его поглощения и вероятность превращения его из солнечного элемента в электрическую цепь. Это довольно сложный расчет.
измерение
Расчет эффективности по первым принципам обременителен, но если у вас есть правильные инструменты измерения, вы можете сделать расчет проще. С помощью радиометра вы можете измерить плотность мощности на солнце. Умножение плотности мощности на площадь солнечного элемента дает меру солнечной энергии, поступающей в солнечный элемент. Вы делаете следующий шаг, подключая цепь с переменным резистором, датчиком тока и датчиком напряжения. Электроэнергия является произведением тока и напряжения, и оно изменяется в зависимости от величины нагрузки, которую вызывает солнечный элемент. Таким образом, вы меняете сопротивление, рассчитывая мощность на каждом шаге и находя максимальную мощность. Разделите максимальную выходную электрическую мощность на вход солнечной энергии, и вы получите эффективность солнечного элемента.