اساس نور خورشید
ویژگی های نور
نوری که ما هر روز می بینیم تنها بخشی از کل انرژی ساطع شده از تابش خورشید به زمین است. نور خورشید شکلی از "تابش الکترومغناطیسی" است و نور مرئی که می بینیم زیرمجموعه کوچکی از طیف الکترومغناطیسی است.
طیف الکترومغناطیسی نور را به عنوان موجی توصیف می کند که دارای طول موج خاصی است. توصیف نور به عنوان موج اولین بار در اوایل دهه 1800 مورد پذیرش قرار گرفت، زمانی که آزمایش‌های توماس یانگ، فرانسوا آراگو و آگوستین ژان فرنل اثرات تداخلی را در پرتوهای نور نشان دادند که نشان می‌داد نور از امواج ساخته شده است. در اواخر دهه 1860 نور به عنوان بخشی از طیف الکترومغناطیسی در نظر گرفته شد. با این حال، در اواخر دهه 1800، زمانی که آزمایش‌های اندازه‌گیری طیف طول‌موج از اجسام گرم‌شده با استفاده از معادلات نور مبتنی بر موج توضیح داده نمی‌شد، مشکلی در دیدگاه موجی نور ظاهر شد. این اختلاف با کارهای سال 1900 و 1905 برطرف شد. پلانک پیشنهاد کرد که کل انرژی نور از عناصر انرژی غیر قابل تشخیص یا یک کوانتوم انرژی تشکیل شده است. انیشتین هنگام بررسی اثر فوتوالکتریک (آزاد شدن الکترون ها از فلزات و نیمه هادی های خاص در اثر برخورد نور)، مقادیر این عناصر انرژی کوانتومی را به درستی متمایز کرد. پلانک و انیشتین برای کار خود در این زمینه به ترتیب در سال‌های 1918 و 1921 جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند و بر اساس این کار، نور را می‌توان متشکل از «بسته‌ها» یا ذرات انرژی به نام فوتون در نظر گرفت.
امروزه، مکانیک کوانتومی هم مشاهدات ماهیت موجی و هم ذره ای نور را توضیح می دهد. در مکانیک کوانتومی، یک فوتون، مانند سایر ذرات مکانیکی کوانتومی مانند الکترون‌ها، پروتون‌ها و غیره، با دقیق‌ترین شکل به‌عنوان یک «بسته موج» تصویر میشود. بسته موج به عنوان مجموعه ای از امواج تعریف می شود که ممکن است به گونه ای برهم کنش داشته باشند که بسته موج ممکن است به صورت محلی به نظر برسد (به شکلی مشابه موج مربعی که از اضافه شدن تعداد بی نهایت موج سینوسی حاصل می شود)، یا ممکن است متناوب به سادگی به عنوان یک موج ظاهر شود. در مواردی که بسته موج از نظر مکانی محلی است، به عنوان یک ذره عمل می کند. بنابراین، بسته به موقعیت، فوتون ممکن است به صورت موج یا ذره ظاهر شود و به این مفهوم «دوگانگی موج-ذره» می گویند.
توصیف فیزیکی کامل خواص نور مستلزم تحلیل مکانیکی کوانتومی نور است، زیرا نور نوعی ذره مکانیکی کوانتومی به نام فوتون است. برای کاربردهای فتوولتائیک، این سطح از جزئیات به ندرت مورد نیاز است و بنابراین فقط چند جمله در مورد ماهیت کوانتومی نور در اینجا آورده شده است. با این حال، در برخی موقعیت‌ها (خوشبختانه، به ندرت در سیستم‌های PV با آن مواجه می‌شویم)، نور ممکن است بر اساس توضیحات ساده‌ای که در اینجا ارائه میشود، به گونه‌ای رفتار کند که به نظر می‌رسد با عقل سلیم مخالفت کند. اصطلاح "عقل سلیم" به مشاهدات خود ما اشاره دارد و نمی توان برای مشاهده اثرات مکانیکی کوانتومی به آن تکیه کرد زیرا اینها در شرایطی خارج از محدوده مشاهدات انسانی رخ می دهند.
فوتون انرژی بالا برای نور آبی
فوتون کم انرژی برای نور قرمز
فوتون کم انرژی برای نور مادون قرمز. (باید نامرئی باشد)
چندین ویژگی کلیدی انرژی خورشیدی فرودی وجود دارد که در تعیین نحوه تعامل نور خورشید با مبدل فتوولتائیک یا هر جسم دیگر بسیار مهم است. ویژگی های مهم انرژی خورشیدی فرود عبارتند از:
محتوای طیفی نور فرودی؛
چگالی توان تابشی از خورشید؛
زاویه ای که تابش خورشیدی برخوردی به ماژول فتوولتائیک برخورد می کند.
و انرژی تابشی خورشید در طول یک سال یا روز برای یک سطح خاص.
انرژی فوتون
یک فوتون با طول موج مشخص( λ ) دارای یک انرژی است ( E ). بین انرژی فوتون (E) و طول موج نور (λ) رابطه معکوس وجود دارد که با معادله زیر نشان داده می شود:
E=hc/λ
در معادله بالا h، ثابت پلانک و c سرعت نور است.
رابطه بالا نشان می دهد که نور با طول موج های کوتاه (نور آبی) دارای انرژی بالاتر و نور با طوب موج بلند (نور قرمز) دارای انرژی کمتری است. به همین دلیل است که نور فرابنفش نور مضری محسوب میشود زیرا دارای انرژی زیادی است.
هنگامی که با "ذراتی" مانند فوتون ها یا الکترون ها سروکار داریم، از یک واحد انرژی بنام الکترون ولت (eV) استفاده می شود. یک الکترون ولت انرژی مورد نیاز برای بالا بردن یک الکترون از طریق 1 ولت است، بنابراین فوتونی با انرژی 1 الگترون ولت معادل 19- 10× 1.602 ژول است.
اگر بخواهیم معادله انرژی یک فوتون را که در بالا به آن اشاره کردیم به صورت eV بیان کنیم، عبارت است از:
(micrometer) E (eV)=1.24/λ
