El cálculo de la eficiencia de las células solares

El cálculo de la eficiencia de las células solares

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 de la luz solar en algo que no sea un día de vacaciones agradable. Las células solares convierten la energía de la luz solar en energía eléctrica. La eficiencia de una célula solar es la relación entre la cantidad de energía eléctrica que produce y la cantidad de energía solar que la golpea.

eficiencia

La eficiencia de cualquier proceso es una medida de qué tan bien funciona el proceso. es decir, cuánto esfuerzo necesita poner para obtener una salida. a veces la eficiencia es difícil de cuantificar, pero para las células solares es relativamente fácil. La entrada a una célula solar es la 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 peque√Īos paquetes de energ√≠a llamados fotones. En cualquier momento del d√≠a, miles de millones de fotones interact√ļan con una c√©lula solar. Esos fotones transportan diferentes cantidades de energ√≠a, dependiendo de su color. Algunos fotones se reflejan en una c√©lula solar, algunos pasan a trav√©s de ella y otros son absorbidos. el destino de cualquier fot√≥n dado depende de su energ√≠a o, de manera equivalente, de su color. es imposible predecir con certeza el comportamiento de un fot√≥n espec√≠fico, pero es posible calcular la probabilidad de interacci√≥n.

absorción de luz

la gran mayor√≠a de las c√©lulas solares est√°n hechas de semiconductores. Una de las caracter√≠sticas de los semiconductores son las estructuras de energ√≠a llamadas "brechas de banda". Los electrones en el lado inferior del intervalo de banda est√°n atrapados en su lugar, mientras que los electrones que obtienen un aumento de energ√≠a en el lado superior del intervalo de banda se pueden mover libremente, incluido el movimiento libre para salir del semiconductor y ser √ļtiles en circuitos el√©ctricos. . los fotones que transportan una energ√≠a cercana al tama√Īo del intervalo de banda en una c√©lula solar son los que tienen mayor probabilidad de ser absorbidos. para calcular la eficiencia que necesita para multiplicar la energ√≠a de cada fot√≥n por su probabilidad de ser absorbida y su probabilidad de salir de la c√©lula solar a un circuito el√©ctrico. Ese es un c√°lculo bastante complejo.

medición

calcular la eficiencia a partir de los primeros principios es engorroso, pero si tiene las herramientas de medición correctas, puede realizar 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 ingresa a 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 la célula solar está impulsando. por lo que varía la resistencia, calcule la potencia en cada paso y encuentre el punto de máxima potencia. Divida la potencia eléctrica máxima por la entrada de energía solar y tendrá la eficiencia de la célula solar.



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