Inhoud
Als je op het strand zit, hebben de blauwe lucht die je ziet, de warmte die je voelt en de golven die je hoort allemaal hun bron in de energie van zonlicht.Fotovoltaïsche zonnecellen zijn een manier om de energie in zonlicht om te zetten in iets anders dan een plezierige vakantiedag. Zonnecellen zetten energie in zonlicht om in elektrische energie. Het rendement van een zonnecel is de verhouding tussen de hoeveelheid elektrische energie die het produceert en de hoeveelheid zonne-energie die erop valt.
rendement
De efficiëntie van elk proces is een maat voor hoe goed het proces werkt. Dat wil zeggen, hoeveel moeite je moet doen om een output te krijgen. Soms is efficiëntie moeilijk te kwantificeren, maar voor zonnecellen is het relatief eenvoudig. De input voor een zonnecel is zonlicht en de output is elektriciteit. Meer specifiek is de input energie uit zonlicht, en de output is energie in elektronen.
Fotonen en licht
Op een fundamenteel niveau bestaat licht uit kleine energiepakketten die fotonen worden genoemd. Op elk moment van de dag interageren miljarden fotonen met een zonnecel. Die fotonen dragen verschillende hoeveelheden energie, afhankelijk van hun kleur. Sommige fotonen weerkaatsen een zonnecel, sommige passeren erdoor en sommige worden geabsorbeerd. Het lot van een bepaald foton hangt af van zijn energie - of, evenzo, zijn kleur. Het is onmogelijk om met zekerheid het gedrag van een specifiek foton te voorspellen, maar het is mogelijk om de waarschijnlijkheid van interactie te berekenen.
Lichtabsorptie
De overgrote meerderheid van zonnecellen is gemaakt van halfgeleiders. Een van de kenmerken van halfgeleiders zijn energiestructuren die "bandgaps" worden genoemd. Elektronen aan de lage kant van de bandgap zitten op hun plaats, terwijl elektronen die een energieboost krijgen aan de hoge kant van de bandgap vrij kunnen bewegen - inclusief de vrijheid om helemaal uit de halfgeleider te bewegen en zichzelf nuttig te maken in elektrische circuits . Fotonen die een energie dragen die dicht bij de grootte van de bandgap in een zonnecel ligt, worden het meest waarschijnlijk geabsorbeerd. Om de efficiëntie te berekenen, moet je de energie van elk foton vermenigvuldigen met de kans dat het wordt geabsorbeerd en de kans dat het uit de zonnecel een elektrisch circuit wordt. Dat is een vrij complexe berekening.
Meting
Het berekenen van de efficiëntie op basis van eerste principes is omslachtig, maar als u over de juiste meetinstrumenten beschikt, kunt u de berekening eenvoudiger maken. Met een radiometer kunt u de vermogensdichtheid in zonlicht meten. Vermenigvuldiging van de vermogensdichtheid met het gebied van de zonnecel geeft een maat voor de zonne-energie die de zonnecel binnenkomt. U neemt de volgende stap door een circuit met een variabele weerstand, een stroomsensor en een spanningssensor aan te sluiten. Elektrische stroom is het product van de stroom en spanning, en het verandert afhankelijk van de hoeveelheid belasting die de zonnecel aandrijft. U varieert dus de weerstand, berekent het vermogen bij elke stap en vindt het maximale voedingspunt. Deel het maximale elektrische vermogen door de ingang voor zonne-energie en u hebt het rendement van de zonnecellen.