Cuando te sientas en la playa, el cielo azul que ves, el calor que sientes y las olas que escuchas tienen su origen en la energía de la luz solar. Las células solares fotovoltaicas son una forma de convertir la energía en la luz solar en algo más que un día de vacaciones agradable. Las células solares convierten la energía de la luz solar en energía eléctrica. La eficiencia de una celda solar es la relación entre la cantidad de energía eléctrica que produce y la cantidad de energía solar que la afecta.
Eficiencia
La eficiencia de cualquier proceso es una medida de cómo bueno el proceso funciona Es decir, cuánto esfuerzo debe invertir para obtener un resultado. A veces la eficiencia es difícil de cuantificar, pero para las células solares, es relativamente fácil. La entrada a una célula solar es luz solar y la salida es electricidad. Más específicamente, la entrada es energía de la luz solar, y la salida es energía en electrones.
Fotones y luz
En un nivel fundamental, la luz consiste en pequeños paquetes de energía llamados fotones. En cualquier momento durante el día, miles de millones de fotones interactúan con una célula solar. Esos fotones llevan diferentes cantidades de energía, dependiendo de su color. Algunos fotones se reflejan en una célula solar, algunos pasan a través de ella y otros son absorbidos. El destino de cualquier fotón depende de su energía o, de manera equivalente, de su color. Es imposible predecir con certeza el comportamiento de un fotón específico, pero es posible calcular la probabilidad de interacción.
Absorción de luz
La gran mayoría de las células solares están hechas de semiconductores. Una de las características de los semiconductores son las estructuras de energía llamadas "bandgaps". Los electrones en el lado bajo del bandgap quedan atrapados en su lugar, mientras que los electrones que reciben un impulso de energía en el lado alto del bandgap son libres de moverse, incluyendo la libertad de moverse del semiconductor y ser útiles en los circuitos eléctricos. . Los fotones que llevan una energía cercana al tamaño de la banda prohibida en una célula solar son los más propensos a ser absorbidos. Para calcular la eficiencia, necesita multiplicar la energía de cada fotón por su probabilidad de ser absorbido y su probabilidad de salir de la célula solar a un circuito eléctrico. Es un cálculo bastante complejo.
Medición
Calcular la eficiencia desde los primeros principios es engorroso, pero si tiene las herramientas de medición adecuadas, puede hacer el cálculo más fácilmente. Con un radiómetro puede medir la densidad de potencia en la luz solar. Multiplicar la densidad de potencia por el área de la célula solar proporciona una medida de la energía solar que entra en la célula solar. Da el siguiente paso conectando un circuito con una resistencia variable, un sensor de corriente y un sensor de voltaje. La energía eléctrica es el producto de la corriente y el voltaje, y cambia dependiendo de la cantidad de carga que está impulsando la célula solar. De modo que varía la resistencia, calcula la potencia en cada paso y encuentra el punto de máxima potencia. Divida la potencia máxima de salida de energía por la entrada de energía solar y tenga la eficiencia de la célula solar.
