Wird durch die Verwendung einer Linse mehr Strom erzeugt, um das Sonnenlicht auf Solarzellen zu fokussieren?

Ich habe mich schon seit einiger Zeit über diese Frage gewundert. Unter der Annahme eines Idealfalls wird die Energie von Photonen, die auf Solarzellen treffen, in elektrische Energie umgewandelt, wie durch die folgende Gleichung beschrieben:

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

wobei die Frequenz der Photonen ist. Durch die Verwendung einer Linse wird die Frequenz der Photonen nicht erhöht, sodass kein zusätzlicher Strom erzeugt wird.$\nu$

Habe ich Recht, wenn ich denke, dass Solarzellen keinen zusätzlichen Strom erzeugen, wenn eine Linse verwendet wird, um Licht auf sie zu fokussieren?

Ihre Gleichung ist teilweise richtig. Sie haben die Energie pro Photon ( ) berechnet , aber die Anzahl der Photonen vernachlässigt . Deshalb stimmen die Einheiten nicht überein (Leistung ist Energie pro Zeiteinheit, während Sie nur Energie für jedes Photon haben).$\hbar \nu$

Die ideale Leistung (Energie pro Zeiteinheit) hängt von der Fläche des Solarmoduls , der Anzahl der pro Zeiteinheit auftreffenden Photonen ( Φ ) und der Energie jedes Photons E ab , so dass W I d e a l = A p ⋅ & Phi; ⋅ E .$A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Eine Linse oder ein Spiegel können Licht (einen Photonenfluss) auf einen kleinen Bereich fokussieren. Unter wirklich idealen Bedingungen würde der Bereich der Linse ( ) A p in der obigen Formel ersetzen . Wenn die Linse also größer als das Solarpanel ist, kann sie einen größeren Photonenfluss erfassen und auf das Panel richten, wodurch die Leistung erhöht wird.$A_L$$A_p$

Ja, wenn Sie die Beleuchtung einer Solarzelle mithilfe von Linsen oder Spiegeln erhöhen, wird die elektrische Leistung erhöht.

Es gibt jedoch begrenzende Faktoren. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle sinkt mit der Temperatur. Der Strom bleibt ungefähr proportional zum Photonenfluss, aber die Leerlaufspannung sinkt, wenn der Halbleiterübergang erwärmt wird. Noch mehr Fluss ergibt mehr Leistung, wenn auch nicht ganz linear.

Machen Sie weiter und die Solarzelle wird so heiß, dass der Halbleiter, aus dem sie besteht, nicht mehr wie ein Halbleiter wirkt. Das sind ungefähr 150 ° C für Silizium. Wenn Sie die Zelle kühl halten können, können Sie sie mit höherem Photonenfluss treffen. Andere nichtlineare Effekte stören jedoch und Sie erhalten abnehmende Renditen bei hohen Flussniveaus.

Je größer die Photonendichte bei der interessierenden Frequenz ist, desto höher ist die Leistung, wenn die Photonen die Elektronen des Halbleiters zu Orbitalen mit höherer Energie zur Bandlücke und darüber hinaus anregen. Allerdings ist der Anstieg, wie Olin feststellte, nicht linear. Mit zunehmender Temperatur führt die erhöhte Photonenintensität schließlich zu immer geringeren Leistungsinkrementen.

Mein Vorschlag wäre, Linsenfilter und andere Methoden zu verwenden, um die Photonenwellenlängen zurückzuweisen, die nicht von Vorteil sind. Wir wollen nur, dass die Photonen der Wellenlänge, die abgestimmt sind, die Elektronen über die Bandlücke für diesen bestimmten Halbleiter anregen.

Alle Photonen, die dies nicht tun, verursachen nur einen Temperaturanstieg. Sie möchten also die einfallende Photonendichte nur der relevanten Photonen erhöhen.

Sie können die Solaranlagen tatsächlich durch Aluminiumkühlkörper unter ihnen kühlen, durch die Wasser für Warmwasserbereiterzwecke geleitet wird. Ich habe einen solchen Aufbau auf einer Messe gesehen. Es war von einer spanischen Firma, aber ich erinnere mich nicht an den Namen. Das Setup kombinierte Solarenergie für Strom und konvektive Warmwasserbereitung.

An der University of Michigan wurde ein neuer Weg zur Umwandlung von Solarenergie entdeckt. Bitte checken sie aus : https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Es nutzt die magnetische Komponente des Lichts, die sich manifestiert, wenn hochintensives Licht durch ein transparentes, aber nicht elektrisch leitendes Material, beispielsweise Glas, fällt. Das Licht muss auf eine Intensität von 10 Millionen Watt pro Quadratzentimeter fokussiert werden. Sonnenlicht ist an sich nicht so intensiv, aber es werden neue Materialien gesucht, die bei niedrigeren Intensitäten funktionieren.

Ihre Lichtkonzentration mit Linsen und Spiegeln hat ein begrenztes Potenzial, der herkömmlichen Solarzelle mehr Energie zu entziehen, würde jedoch mit dieser neuen Methode sicherlich die elektrische Energie erhöhen.