Güneş ışığını güneş pillerine odaklamak için bir lens kullanılarak daha fazla elektrik üretilecek mi?

Bu soruyu bir süredir merak ediyorum. İdeal bir durum olduğu varsayıldığında, güneş pillerine çarpan fotonlardan gelen enerji, denklemle açıklandığı gibi elektrik enerjisine dönüştürülür:

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

burada fotonların sıklığıdır. Objektif kullanmak fotonların frekansını arttırmaz, böylece fazladan elektrik üretilmez.$\nu$

Işığı odaklamak için bir lens kullanıldığında güneş pilleri tarafından ekstra elektrik üretilmeyeceğini düşünmekte haklı mıyım?

Denkleminiz kısmen doğrudur. Foton başına enerji hesapladınız ( ), ancak foton sayısını ihmal ettiniz . Bu yüzden birimler eşleşmiyor (güç, her foton için sadece enerjiniz varken, birim zaman başına enerjidir).$\hbar \nu$

İdeal güç (birim zaman başına enerji) güneş paneli, alanına bağlıdır , birim zaman (başına vurarak fotonların sayısı ) ve her bir fotonun enerji , öyle ki .$A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Bir mercek veya ayna ışığı (foton akışı) küçük bir alana odaklayabilir. Gerçekten ideal koşullar altında, mercek alanı ( ), yukarıdaki formülde yerini . Bu nedenle, lens güneş panelinden daha büyükse, daha büyük bir foton akısı yakalayabilir ve bunları panele yönlendirerek gücü artırabilir.$A_L$$A_p$

Evet, lens veya ayna kullanarak güneş pili üzerindeki aydınlatmanın artırılması elektrik güç çıkışını artırır.

Bununla birlikte, sınırlayıcı faktörler vardır. Bir güneş pilinin verimliliği sıcaklıkla düşer. Akım kabaca foton akışıyla orantılı kalır, ancak yarı iletken bağlantısı ısıtıldığında açık devre voltajı düşer. Yine de, daha lineer olmasa da daha fazla akı daha fazla güç verir.

Devam et ve güneş pili o kadar ısınıyor ki, üretilen yarı iletken artık yarı iletken gibi davranmıyor. Silikon için yaklaşık 150 ° C'dir. Hücreyi serin tutabiliyorsanız, daha yüksek foton akısı ile vurabilirsiniz. Ancak, diğer doğrusal olmayan efektler engel olmaya başlar ve yüksek akı seviyelerinde azalan getiri elde etmeye başlarsınız.

İlgilenilen frekanstaki foton yoğunluğu ne kadar büyük olursa, fotonlar yarı iletken elektronları bant boşluğuna ve ötesine daha yüksek enerji orbitallerine uyardıkça güç o kadar fazla olur. Bununla birlikte, Olin'in belirttiği gibi, artış doğrusal değildir. Sonunda sıcaklık arttıkça, artan foton yoğunluğu güçte giderek artan artışlara neden olur.

Benim önerim, yarar sağlamayan foton dalga boylarını reddetmek için lens filtreleri ve diğer yöntemleri kullanmak olacaktır. Sadece belirli yarı iletken için bant boşluğu boyunca elektronları uyarmak için ayarlanan dalga boyu fotonlarının olmasını istiyoruz.

Bunu yapmayan fotonlar sadece sıcaklıkta artışa neden olur. Bu nedenle, yalnızca alaka düzeyindeki fotonların olay foton yoğunluğunu artırmak istiyorsunuz.

Güneş dizilerini, altlarında su ısıtıcısı amaçları için içinden su geçiren alüminyum ısı emicilerle soğutun. Bir fuarda böyle bir düzen gördüm. Bir İspanyol firmasıydı ama adını hatırlamıyorum. Kurulum, hem elektrik hem de konvektif su ısıtması için güneş enerjisini birleştirdi.

Michigan Üniversitesi'nde güneş enerjisini dönüştürmenin yeni bir yolu keşfedildi. Lütfen kontrol edin: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Yüksek yoğunluklu ışık şeffaf ancak elektriksel olarak iletken olmayan bir malzemeden, örneğin camdan geçtiğinde ortaya çıkan ışığın manyetik bileşenini kullanır. Işık santimetre kare başına 10 milyon watt yoğunluğa odaklanmalıdır. Güneş ışığı tek başına yoğun değildir, ancak daha düşük yoğunluklarda çalışacak yeni malzemeler aranmaktadır.

Lensler ve aynalar kullanarak ışık konsantrasyonunuz, geleneksel güneş pilinden daha fazla enerji çıkarma potansiyeline sahiptir, ancak bu yeni yöntemle elektrik enerjisini kesinlikle artıracaktır.