Verrà generata più elettricità utilizzando una lente per focalizzare la luce solare sulle celle solari?

Mi chiedo da tempo questa domanda. Supponendo un caso ideale, l'energia dei fotoni che colpiscono le celle solari viene convertita in energia elettrica come descritto dall'equazione:

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

dove è la frequenza dei fotoni. L'uso di un obiettivo non aumenta la frequenza dei fotoni, quindi non viene generata elettricità extra.$\nu$

Sono corretto nel pensare che non verrà generata elettricità extra dalle celle solari quando si utilizza una lente per focalizzare la luce su di esse?

La tua equazione è parzialmente corretta. Hai calcolato l'energia per fotone ( ), ma hai trascurato il numero di fotoni. Ecco perché le unità non corrispondono (la potenza è energia per unità di tempo, mentre hai solo energia per ciascun fotone).$\hbar \nu$

La potenza ideale (energia per unità di tempo) dipende dall'area del pannello solare, , dal numero di fotoni che la colpiscono per unità di tempo ( ) e dall'energia di ciascun fotone, , tale che . Φ E W I d e a l = A p ⋅ Φ ⋅ $A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Una lente o uno specchio può focalizzare la luce (un flusso di fotoni) su una piccola area. In condizioni davvero ideali, l'area dell'obiettivo ( ), sostituirebbe nella formula sopra. Quindi, se l'obiettivo è più grande del pannello solare, può catturare un flusso maggiore di fotoni e indirizzarli verso il pannello, aumentando la potenza.A $A_L$$A_p$

Sì, aumentando l'illuminazione di una cella solare utilizzando lenti o specchi si aumenta la potenza elettrica prodotta.

Tuttavia, ci sono fattori limitanti. L'efficienza di una cella solare diminuisce con la temperatura. La corrente rimane all'incirca proporzionale al flusso di fotoni, ma la tensione del circuito aperto diminuisce quando la giunzione dei semiconduttori viene riscaldata. Tuttavia, un flusso maggiore produce più potenza, sebbene non in modo abbastanza lineare.

Continua e la cella solare diventa così calda che il semiconduttore da cui è composta non agisce più come un semiconduttore. Sono circa 150 ° C per il silicio. Se riesci a mantenere la cella fredda, puoi colpirla con un flusso di fotoni più elevato. Tuttavia, altri effetti non lineari iniziano a intromettersi e inizi a ottenere rendimenti decrescenti a livelli di flusso elevati.

Maggiore è la densità dei fotoni alla frequenza di interesse, maggiore è la potenza dei fotoni che eccita gli elettroni del semiconduttore verso orbitali di energia più elevati al gap di banda e oltre. Detto questo, come affermato da Olin, l'aumento non è lineare. Alla fine all'aumentare della temperatura, la maggiore intensità del fotone si traduce in incrementi di potenza sempre inferiori.

Il mio suggerimento sarebbe di usare filtri per lenti e altri metodi per rifiutare le lunghezze d'onda dei fotoni che non sono di beneficio. Vogliamo solo i fotoni della lunghezza d'onda che sono sintonizzati per eccitare gli elettroni attraverso il gap di banda per quel particolare semiconduttore.

Tutti i fotoni che non lo fanno causano solo un aumento della temperatura. Quindi si desidera aumentare la densità del fotone incidente solo dei fotoni rilevanti.

In realtà è possibile raffreddare le schiere solari mediante dissipatori di calore in alluminio sotto di esse che scorrono attraverso di esse a scopo di scaldabagno. Ho visto una tale installazione in una fiera. Era di una compagnia spagnola ma non ricordo il nome. L'impianto ha combinato l'energia solare per l'elettricità e il riscaldamento dell'acqua convettivo.

Un nuovo modo di convertire l'energia solare è stato scoperto all'Università del Michigan. Per favore, controlla: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Usa la componente magnetica della luce che si è manifestata quando la luce ad alta intensità attraversa un materiale trasparente ma non elettricamente conduttivo, ad esempio il vetro. La luce deve essere focalizzata su un'intensità di 10 milioni di watt per centimetro quadrato. La luce solare non è così intensa da sola, ma si cercano nuovi materiali che funzionerebbero a intensità più basse.

La tua concentrazione di luce utilizzando lenti e specchi ha un potenziale limitato per l'estrazione di più energia dalla cella solare convenzionale, ma aumenterebbe sicuramente l'energia elettrica con questo nuovo metodo.