Akankah lebih banyak listrik dihasilkan dengan menggunakan lensa untuk memfokuskan sinar matahari ke sel surya?

12

Saya sudah lama bertanya-tanya tentang pertanyaan ini. Dengan asumsi sebuah kasus yang ideal, energi dari foton yang mengenai sel surya diubah menjadi energi listrik seperti yang dijelaskan oleh persamaan:

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

di mana adalah frekuensi foton. Menggunakan lensa tidak akan meningkatkan frekuensi foton, sehingga tidak ada listrik tambahan yang dihasilkan. $\nu$

Apakah saya benar dalam berpikir bahwa tidak ada listrik tambahan yang akan dihasilkan oleh sel surya ketika lensa digunakan untuk memfokuskan cahaya pada mereka?

— TBBT
sumber

Jika ini benar, kita dapat menggunakan lensa untuk menyebarkan foton, dan menghasilkan energi yang sama dari lebih sedikit cahaya ... dan kemudian dengan menggunakan lebih banyak sel surya, lebih banyak energi dari jumlah cahaya yang sama!

— user253751

15

Persamaan Anda sebagian benar. Anda telah menghitung energi per foton ( ), tetapi Anda mengabaikan jumlah foton. Itu sebabnya unit tidak cocok (daya adalah energi per unit waktu, sementara Anda hanya punya energi untuk setiap foton). $\hbar \nu$

Daya ideal (energi per satuan waktu) tergantung pada luas panel surya, , jumlah foton yang mengoyaknya per satuan waktu ( ) dan energi setiap foton, , sehingga . $A_p$ $\Phi$ $E$ $W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Lensa atau cermin dapat memfokuskan cahaya (fluks foton) ke area kecil. Dalam kondisi yang sangat ideal, area lensa ( ), akan menggantikan dalam rumus di atas. Jadi, jika lensa lebih besar dari panel surya, dapat menangkap fluks foton yang lebih besar dan mengarahkannya ke panel, meningkatkan daya. $A_L$ $A_p$

— Dan
sumber

Jadi jika lensa dapat meningkatkan produksi listrik, apakah saat ini digunakan?

— TBBT

Memang

— Dan

Saya mungkin salah, tetapi sudut sinar matahari berubah sepanjang hari. Bukankah ini membuat menggunakan lensa sedikit tidak praktis?

— TBBT

2

Lensa digunakan dalam beberapa kasus, karena mereka memungkinkan lebih banyak energi surya yang dikumpulkan per inci persegi sel surya (dengan memusatkan lebih banyak inci inci dari cahaya yang masuk ke dalam satu area). Dalam beberapa kasus, ini benar-benar memberikan manfaat (sel surya efisiensi tertinggi memerlukan fluks besar foton untuk melakukan pekerjaan mereka). Namun, sulit untuk digunakan karena itu juga berarti ada peningkatan permintaan untuk pembuangan panas, yang tidak mudah. Sekitar dua tahun yang lalu, saya memang mendengar tentang sel surya yang efisiensi optimalnya dicapai pada 100+ matahari lux, yang membutuhkan lensa untuk mencapai itu.

— Cort Ammon

1

Lensa @TBBT dapat meningkatkan produksi dengan meningkatkan luas permukaan, tetapi demikian juga cermin yang memantulkan cahaya ke apa pun yang menghasilkan daya. Lihatlah ini: en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power

— Patrick M

10

Ya, meningkatkan pencahayaan pada sel surya dengan menggunakan lensa atau cermin meningkatkan output daya listrik.

Namun, ada beberapa faktor pembatas. Efisiensi sel surya turun dengan suhu. Arus tetap kira-kira sebanding dengan fluks foton, tetapi tegangan rangkaian terbuka turun karena persimpangan semikonduktor dipanaskan. Namun, lebih banyak fluks menghasilkan lebih banyak daya, meskipun tidak cukup linear.

Teruskan, dan sel surya menjadi sangat panas sehingga semikonduktornya tidak lagi berfungsi seperti semikonduktor. Itu sekitar 150 ° C untuk silikon. Jika Anda dapat menjaga sel tetap dingin, Anda dapat menekannya dengan fluks foton yang lebih tinggi. Namun, efek non-linear lainnya mulai menghalangi dan Anda mulai mendapatkan hasil yang semakin berkurang pada tingkat fluks yang tinggi.

— Olin Lathrop
sumber

Maka, akankah sejumlah kecil perbesaran, katakanlah 1,5 atau 2x, bermanfaat pada sistem tata surya yang saat ini tersedia? Tidak memperhitungkan kesulitan untuk mencapai pembesaran, perubahan fokus, dll. Hanya dari sudut pandang konsumen Anda panel surya 100 watt.

@ Jujur: Itu semua tergantung pada seberapa banyak kenaikan suhu yang bisa ditoleransi panel. Pada hari yang panas di Agustus di Phoenix, mungkin tidak, karena panel mungkin sudah mendekati suhu maksimalnya. Dalam kasus lain, 1,5x atau 2x bisa baik-baik saja. Perlu diingat bahwa 15% efisien berarti 85% tidak efisien, sehingga 85% sinar matahari digunakan untuk memanaskan panel. Pada kasus terburuk sekitar 1,2 kW per meter persegi, itu adalah 1 kW per meter persegi panas. Bisakah butuh 1,5 atau 2 kW per meter persegi? Mungkin kadang-kadang, tetapi tidak mungkin dalam kasus umum jika tidak dirancang untuk itu di muka.

— Olin Lathrop

0

Semakin besar kerapatan foton pada frekuensi yang diinginkan, semakin besar kekuatan foton menggairahkan elektron semikonduktor ke orbital energi yang lebih tinggi ke celah pita dan seterusnya. Karena itu, seperti yang dinyatakan Olin, kenaikannya tidak linear. Akhirnya saat suhu meningkat, intensitas foton yang meningkat menghasilkan kenaikan daya yang semakin berkurang.

Saran saya adalah menggunakan filter lensa dan metode lain untuk menolak panjang gelombang foton yang tidak menguntungkan. Kami hanya ingin foton dari panjang gelombang yang disetel untuk membangkitkan elektron di celah-pita untuk semi-konduktor tertentu.

Setiap foton yang tidak melakukan ini hanya menyebabkan peningkatan suhu. Jadi, Anda ingin meningkatkan kerapatan foton hanya foton yang relevan.

Anda benar-benar dapat mendinginkan susunan surya dengan heat sink aluminium di bawahnya yang mengalirkan air melalui mereka untuk keperluan pemanas air. Saya melihat pengaturan seperti itu di pameran dagang. Itu oleh perusahaan Spanyol tetapi saya tidak ingat namanya. Pengaturan ini menggabungkan tenaga surya untuk listrik dan pemanas air konvektif.

— 0tyranny 0miskin
sumber

0

Sebuah cara baru untuk mengubah tenaga surya telah ditemukan di Universitas Michigan. Silakan periksa: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Ini menggunakan komponen magnetik cahaya yang memanifestasikan dirinya ketika cahaya intensitas tinggi melewati bahan transparan tapi non-elektrik, kaca misalnya. Lampu harus difokuskan ke intensitas 10 juta watt per sentimeter persegi. Sinar matahari tidak sekuat ini sendiri, tetapi bahan baru sedang dicari yang akan bekerja pada intensitas yang lebih rendah.

Konsentrasi cahaya Anda menggunakan lensa dan cermin memiliki potensi terbatas untuk mengekstraksi lebih banyak energi dari sel surya konvensional, tetapi tentunya akan meningkatkan energi listrik dengan metode baru ini.

— 0tyranny 0miskin
sumber

Seperti yang Anda sebutkan, ini tidak menjawab pertanyaan.

— hazzey