Czy więcej energii elektrycznej będzie generowane przez użycie soczewki do skupienia światła słonecznego na ogniwach słonecznych?

Zastanawiam się nad tym pytaniem od dłuższego czasu. Przyjmując idealny przypadek, energia z fotonów trafiających do ogniw słonecznych jest przekształcana w energię elektryczną zgodnie z opisem w równaniu:

$RI^2t=W\equiv E=\hbar\nu$

gdzie to częstotliwość fotonów. Użycie obiektywu nie zwiększy częstotliwości fotonów, dlatego nie jest generowana dodatkowa energia elektryczna.$\nu$

Czy mam rację sądząc, że ogniwa słoneczne nie będą generować dodatkowej energii elektrycznej, gdy soczewka zostanie użyta do skupienia na nich światła?

Twoje równanie jest częściowo poprawne. Obliczyłeś energię na foton ( ), ale zaniedbałeś liczbę fotonów. Dlatego jednostki się nie zgadzają (moc to energia na jednostkę czasu, a ty masz energię tylko dla każdego fotonu).$\hbar \nu$

Idealna moc (energia na jednostkę czasu) zależy od powierzchni panelu słonecznego, , liczby uderzających go fotonów na jednostkę czasu ( ) i energii każdego fotonu, , tak że .$A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Obiektyw lub lustro może skupiać światło (strumień fotonów) na małym obszarze. W naprawdę idealnych warunkach obszar soczewki ( ) zastąpiłby w powyższym wzorze. Jeśli więc soczewka jest większa niż panel słoneczny, może przechwycić większy strumień fotonów i skierować je na panel, zwiększając moc.$A_L$$A_p$

Tak, zwiększenie oświetlenia ogniwa słonecznego za pomocą soczewek lub lusterek zwiększa moc elektryczną.

Istnieją jednak czynniki ograniczające. Wydajność ogniwa słonecznego spada wraz z temperaturą. Prąd pozostaje w przybliżeniu proporcjonalny do strumienia fotonu, ale napięcie obwodu otwartego spada wraz z podgrzewaniem złącza półprzewodnikowego. Jednak więcej strumienia daje więcej mocy, choć nie całkiem liniowo.

Kontynuuj, a ogniwo słoneczne staje się tak gorące, że półprzewodnik, z którego jest wykonany, nie działa już jak półprzewodnik. W przypadku krzemu to około 150 ° C. Jeśli możesz utrzymać komórkę w niskiej temperaturze, możesz uderzyć ją wyższym strumieniem fotonów. Jednak inne efekty nieliniowe zaczynają przeszkadzać i zaczynają się zmniejszać zwroty przy wysokich poziomach strumienia.

Im większa gęstość fotonów przy danej częstotliwości, tym większa moc, gdy fotony wzbudzają elektrony półprzewodnika na orbitale wyższych energii do pasma wzbronionego i dalej. Biorąc to pod uwagę, jak stwierdził Olin, wzrost nie jest liniowy. W końcu wraz ze wzrostem temperatury wzrost intensywności fotonu powoduje coraz mniejsze przyrosty mocy.

Moją sugestią byłoby użycie filtrów soczewkowych i innych metod odrzucania długości fali fotonu, które nie są korzystne. Chcemy tylko, aby fotony o długości fali, które są dostrojone, wzbudzały elektrony w poprzek pasma dla tego konkretnego półprzewodnika.

Wszelkie fotony, które tego nie robią, powodują jedynie wzrost temperatury. Chcesz więc zwiększyć gęstość padającego fotonu tylko istotnych fotonów.

W rzeczywistości można chłodzić układy słoneczne za pomocą aluminiowych radiatorów pod nimi, które przepuszczają przez nie wodę do celów podgrzewania wody. Widziałem taką konfigurację na targach. To było przez hiszpańską firmę, ale nie pamiętam nazwy. Konfiguracja połączyła energię słoneczną zarówno dla elektryczności, jak i konwekcyjnego ogrzewania wody.

Na University of Michigan odkryto nowy sposób konwersji energii słonecznej. Sprawdź: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Wykorzystuje składnik magnetyczny światła, który objawia się, gdy światło o wysokiej intensywności przechodzi przez przezroczysty, ale nieelektrycznie przewodzący materiał, na przykład szkło. Światło musi być skupione na natężeniu 10 milionów watów na centymetr kwadratowy. Światło słoneczne samo w sobie nie jest tak intensywne, ale poszukuje się nowych materiałów, które mogłyby działać przy niższych natężeniach.

Koncentracja światła za pomocą soczewek i luster ma ograniczony potencjał wydobywania większej ilości energii z konwencjonalnego ogniwa słonecznego, ale z pewnością zwiększyłaby energię elektryczną dzięki tej nowej metodzie.