Чи буде більше електроенергії вироблятися за допомогою лінзи для фокусування сонячного світла на сонячних батареях?

Мені вже давно цікаво це питання. Припускаючи ідеальний випадок, енергія фотонів, що потрапляють на сонячні батареї, перетворюється в електричну енергію, як описано рівнянням:

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

де - частота фотонів. Використання лінзи не збільшуватиме частоту фотонів, тому додаткова електроенергія не виробляється.$\nu$

Чи правильно я вважаю, що сонячна батарея не використовує зайву електрику, коли лінза використовується для фокусування світла на них?

Ваше рівняння частково правильне. Ви обчислили енергію на фотон ( ), але ви знехтували кількістю фотонів. Тому одиниці не відповідають (потужність - це енергія за одиницю часу, тоді як у вас є лише енергія на кожен фотон).$\hbar \nu$

Ідеальна потужність (енергія на одиницю часу) залежить від площі сонячної панелі, , кількості фотонів, що вражають її в одиницю часу ( ), і енергії кожного фотона, , така що . Φ E W I d e a l = A p ⋅ Φ ⋅ $A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Лінза або дзеркало може фокусувати світло (потік фотонів) на невелику ділянку. За дійсно ідеальних умов площа лінзи ( ) замінить у наведеній вище формулі. Отже, якщо лінза більша за сонячну панель, вона може захопити більший потік фотонів і направити їх на панель, збільшуючи потужність.A $A_L$$A_p$

Так, посилення освітленості сонячної батареї за допомогою лінз або дзеркал збільшує вихідну потужність.

Однак існують обмежуючі фактори. Ефективність сонячної комірки знижується з температурою. Струм залишається приблизно пропорційним потоку фотона, але напруга в розімкнутому ланцюзі знижується при нагріванні напівпровідникового з'єднання. Тим не менш, більше потоку дає більше енергії, хоча і не зовсім лінійно.

Продовжуйте рух, і сонячна комірка нагрівається настільки, що напівпровідник, виготовлений з неї, вже не діє як напівпровідник. Це близько 150 ° С для кремнію. Якщо ви можете зберігати клітину в прохолоді, ви можете вражати її більш високим потоком фотонів. Однак інші нелінійні ефекти починають уникати, і ви починаєте отримувати зменшувані віддачі при високому рівні потоку.

Чим більше щільність фотона на частоті, що цікавить, тим більше потужність, оскільки фотони збуджують електрони напівпровідника на орбіталі більш високої енергії до проміжку смуги та за його межами. Однак, як сказав Олін, збільшення не є лінійним. Врешті-решт, у міру підвищення температури, підвищена інтенсивність фотонів призводить до все менших приростів потужності.

Моя пропозиція полягала б у використанні лінзових фільтрів та інших методів для відхилення довжини хвилі фотона, яка не приносить користі. Ми хочемо лише, щоб фотони довжини хвилі були налаштовані на збудження електронів через смугу діапазону для конкретного напівпровідника.

Будь-які фотони, які цього не роблять, викликають лише підвищення температури. Таким чином, ви хочете збільшити щільність фотону падаючого лише фотонів, що мають значення.

Насправді можна охолодити сонячні масиви, використовуючи алюмінієві тепловідводи під ними, які пропускають через них воду для нагрівання води. Таку установку я бачив на виставці. Це була іспанська компанія, але я не пам'ятаю назви. Установка поєднала сонячну енергію як для електрики, так і для конвективного нагріву води.

У Мічиганському університеті був відкритий новий спосіб перетворення сонячної енергії. Перевірте: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Він використовує магнітний компонент світла, який проявився, коли світло високої інтенсивності проходить через прозорий, але неелектропровідний матеріал, наприклад, скло. Світло повинно бути зосередженим до інтенсивності 10 мільйонів Вт на квадратний сантиметр. Сонячне світло не таке інтенсивне саме по собі, але шукаються нові матеріали, які б працювали з меншою інтенсивністю.

Ваша концентрація світла за допомогою лінз та дзеркал має обмежений потенціал для витягування більше енергії із звичайної сонячної батареї, але це, безумовно, збільшить електричну енергію за допомогою цього нового методу.