Est-ce que plus d'électricité sera produite en utilisant une lentille pour concentrer la lumière du soleil sur les cellules solaires?

Je m'interroge sur cette question depuis un certain temps. En supposant un cas idéal, l'énergie des photons frappant les cellules solaires est convertie en énergie électrique comme décrit par l'équation:

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

où est la fréquence des photons. L'utilisation d'une lentille n'augmentera pas la fréquence des photons, donc aucune électricité supplémentaire n'est générée.$\nu$

Ai-je raison de penser qu'aucune électricité supplémentaire ne sera générée par les cellules solaires lorsqu'une lentille est utilisée pour concentrer la lumière sur elles?

Votre équation est en partie correcte. Vous avez calculé l'énergie par photon ( ), mais vous avez négligé le nombre de photons. C'est pourquoi les unités ne correspondent pas (la puissance est l'énergie par unité de temps, alors que vous n'avez que de l'énergie pour chaque photon).$\hbar \nu$

La puissance idéale (énergie par unité de temps) dépend de la surface du panneau solaire, , du nombre de photons le frappant par unité de temps ( ) et de l'énergie de chaque photon, , telle que .$A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

Une lentille ou un miroir peut concentrer la lumière (un flux de photons) sur une petite zone. Dans des conditions vraiment idéales, la zone de la lentille ( ) remplacerait dans la formule ci-dessus. Ainsi, si la lentille est plus grande que le panneau solaire, elle peut capturer un flux de photons plus important et les diriger vers le panneau, augmentant ainsi la puissance.$A_L$$A_p$

Oui, l'augmentation de l'éclairage sur une cellule solaire à l'aide de lentilles ou de miroirs augmente la puissance électrique.

Cependant, il existe des facteurs limitatifs. L'efficacité d'une cellule solaire diminue avec la température. Le courant reste à peu près proportionnel au flux de photons, mais la tension en circuit ouvert diminue lorsque la jonction semi-conductrice est chauffée. Pourtant, plus de flux donne plus de puissance, mais pas de façon tout à fait linéaire.

Continuez, et la cellule solaire devient si chaude que le semi-conducteur dont elle est faite n'agit plus comme un semi-conducteur. Cela représente environ 150 ° C pour le silicium. Si vous pouvez garder la cellule froide, vous pouvez la frapper avec un flux photonique plus élevé. Cependant, d'autres effets non linéaires commencent à gêner et vous obtenez des rendements décroissants à des niveaux de flux élevés.

Plus la densité de photons à la fréquence d'intérêt est élevée, plus la puissance des photons excite les électrons des semi-conducteurs vers des orbitales de plus haute énergie vers la bande interdite et au-delà. Cela étant dit, comme l'a déclaré Olin, l'augmentation n'est pas linéaire. Finalement, à mesure que la température augmente, l'augmentation de l'intensité des photons entraîne des augmentations de puissance toujours décroissantes.

Ma suggestion serait d'utiliser des filtres de lentilles et d'autres méthodes pour rejeter les longueurs d'onde des photons qui ne sont pas avantageuses. Nous voulons seulement que les photons de longueur d'onde qui sont accordés excitent les électrons à travers la bande interdite pour ce semi-conducteur particulier.

Tous les photons qui ne font pas cela ne font qu'augmenter la température. Vous voulez donc augmenter la densité de photons incidents uniquement des photons pertinents.

Vous pouvez réellement refroidir les panneaux solaires par des dissipateurs de chaleur en aluminium sous eux qui font couler de l'eau à travers eux à des fins de chauffe-eau. J'ai vu une telle configuration lors d'un salon commercial. C'était par une entreprise espagnole mais je ne me souviens pas du nom. L'installation combinait l'énergie solaire pour l'électricité et le chauffage de l'eau par convection.

Une nouvelle façon de convertir l'énergie solaire a été découverte à l'Université du Michigan. Veuillez consulter: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

Il utilise la composante magnétique de la lumière qui se manifeste lorsque la lumière de haute intensité traverse un matériau transparent mais non conducteur d'électricité, le verre par exemple. La lumière doit être focalisée à une intensité de 10 millions de watts par centimètre carré. La lumière du soleil n'est pas si intense en soi, mais de nouveaux matériaux sont recherchés qui fonctionneraient à des intensités plus faibles.

Votre concentration de lumière à l'aide de lentilles et de miroirs a un potentiel limité pour extraire plus d'énergie de la cellule solaire conventionnelle, mais elle augmenterait certainement l'énergie électrique avec cette nouvelle méthode.