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Cuando te sientas en la playa, el cielo azul que ves, el calor que sientes y las olas que escuchas tienen su fuente en la energía de la luz solar.Las células solares fotovoltaicas son una forma de convertir la energía de 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 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 la 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 del día, miles de millones de fotones interactúan con una célula solar. Esos fotones transportan 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 energéticas llamadas "bandgaps". Los electrones en el lado inferior del intervalo de banda están atrapados en su lugar, mientras que los electrones que reciben un impulso de energía en el lado superior del intervalo de banda son libres de moverse, incluida la libertad de salir del semiconductor por completo y ser útiles en circuitos eléctricos. . Los fotones que transportan una energía cercana al tamaño de la banda prohibida en una célula solar tienen más probabilidades de ser absorbidos. Para calcular la eficiencia, debe multiplicar la energía de cada fotón por su probabilidad de ser absorbido y su probabilidad de salir de la célula solar en un circuito eléctrico. Ese 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 a 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. Usted 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 según la cantidad de carga que impulsa la célula solar. Por lo tanto, varía la resistencia, calcula la potencia en cada paso y encuentra el punto de máxima potencia. Divida la salida de energía eléctrica máxima por la entrada de energía solar y obtendrá la eficiencia de la célula solar.