Wanneer u op het strand zit, ziet de blauwe lucht die u ziet, de warmte die u voelt en de golven die u hoort allemaal hun bron hebben in de energie van zonlicht. Fotovoltaïsche zonnecellen zijn een manier om de energie in zonlicht om te zetten in iets anders dan een prettige 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 het bereikt.

Efficiëntie

De efficiëntie van elk proces is een maat voor hoe nou, 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, de input is energie uit zonlicht, en de output is energie in elektronen.

Photons en Light

Op een fundamenteel niveau bestaat licht uit minuscule energiepakketten die fotonen worden genoemd. Op elk moment van de dag werken miljarden fotonen samen met een zonnecel. Die fotonen hebben verschillende hoeveelheden energie, afhankelijk van hun kleur. Sommige fotonen reflecteren een zonnecel, sommigen gaan er doorheen en sommige worden geabsorbeerd. Het lot van een bepaald foton hangt af van zijn energie - of, equivalent, 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 bestaat uit 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 naar de hoge kant van de bandgap, vrij kunnen bewegen - met inbegrip van het feit dat ze vrij zijn om helemaal uit de halfgeleider te bewegen en zichzelf nuttig maken in elektrische circuits . Fotonen met een energie die dichtbij 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 waarschijnlijkheid dat het wordt geabsorbeerd en de waarschijnlijkheid dat het uit de zonnecel in een elektrisch circuit komt. Dat is een vrij complexe berekening.

Measurement

Het berekenen van de efficiëntie van eerste beginselen is omslachtig, maar als u de juiste meetinstrumenten heeft, kunt u de berekening eenvoudiger maken. Met een radiometer kunt u de vermogensdichtheid in zonlicht meten. Door de vermogensdichtheid te vermenigvuldigen met het oppervlak van de zonnecel, wordt een maat gegeven voor de zonne-energie die de zonnecel binnenkomt. U neemt de volgende stap door een circuit te verbinden met een variabele weerstand, een stroomsensor en een spanningsensor. Elektrische stroom is het product van de stroom en spanning, en het verandert afhankelijk van de hoeveelheid belasting die de zonnecel aandrijft. Dus je varieert de weerstand, het rekenvermogen bij elke stap en je vindt het maximale powerpoint. Verdeel de maximale elektrische vermogensoutput door de zonne-energietoevoer en u hebt de efficiëntie van de zonnecel.