Quando você se senta na praia, o céu azul que você vê, o calor que você sente e as ondas que você ouve, têm sua fonte na energia da luz do sol. As células solares fotovoltaicas são uma maneira de converter a energia da luz solar em algo diferente de um dia de férias agradável. As células solares convertem energia da luz solar em energia elétrica. A eficiência de uma célula solar é a relação entre a quantidade de energia elétrica que ela produz e a quantidade de energia solar que a atinge.

Eficiência

A eficiência de qualquer processo é uma medida de como bem o processo funciona. Ou seja, quanto esforço você precisa colocar para obter uma saída. Às vezes a eficiência é difícil de quantificar, mas para as células solares é relativamente fácil. A entrada para uma célula solar é luz solar e a saída é eletricidade. Mais especificamente, a entrada é energia da luz solar, e a saída é energia em elétrons.

Fótons e Luz

Em um nível fundamental, a luz consiste em pequenos pacotes de energia chamados fótons. A qualquer instante durante o dia, bilhões de fótons interagem com uma célula solar. Esses fótons carregam diferentes quantidades de energia, dependendo de sua cor. Alguns fótons refletem em uma célula solar, alguns passam por ela e alguns são absorvidos. O destino de qualquer fóton depende de sua energia - ou, equivalentemente, de sua cor. É impossível prever com certeza o comportamento de qualquer fóton específico, mas é possível calcular a probabilidade de interação.

Absorção de luz

A grande maioria das células solares é composta de semicondutores. Uma das características dos semicondutores são estruturas de energia chamadas "bandgaps". Elétrons no lado baixo do bandgap são presos no lugar, enquanto os elétrons que recebem um aumento de energia para o lado alto do bandgap estão livres para se mover - incluindo estar livre para sair do semicondutor completamente e se tornar útil em circuitos elétricos. . Fótons que carregam uma energia próxima ao tamanho do bandgap em uma célula solar são os mais prováveis ​​de serem absorvidos. Para calcular a eficiência, você precisa multiplicar a energia de cada fóton por sua probabilidade de ser absorvida e sua probabilidade de sair da célula solar para um circuito elétrico. Esse é um cálculo bastante complexo.

Medição

O cálculo da eficiência dos primeiros princípios é trabalhoso, mas se você tiver as ferramentas de medição corretas, poderá fazer o cálculo com mais facilidade. Com um radiômetro, você pode medir a densidade de potência da luz solar. Multiplicar a densidade de potência pela área da célula solar fornece uma medida da energia solar que entra na célula solar. Você dá o próximo passo, conectando um circuito com um resistor variável, um sensor de corrente e um sensor de voltagem. A energia elétrica é o produto da corrente e da tensão, e muda dependendo da quantidade de carga que a célula solar está acionando. Então você varia a resistência, calculando a potência a cada passo, e encontra o ponto de potência máxima. Divida a potência máxima de saída de energia pela entrada de energia solar e você terá a eficiência da célula solar.