나는이 질문에 대해 꽤 오랫동안 궁금해하고있다. 이상적인 경우를 가정하면, 태양 전지를 때리는 광자 에너지는 다음 방정식으로 설명 된 것처럼 전기 에너지로 변환됩니다.
여기서 는 광자의 빈도입니다. 렌즈를 사용해도 광자의 주파수가 증가하지 않으므로 추가 전기가 생성되지 않습니다.
렌즈를 사용하여 빛에 초점을 맞출 때 태양 전지에서 추가 전기가 발생하지 않을 것이라고 생각하는 것이 맞습니까?
답변:
당신의 방정식은 부분적으로 정확합니다. 광자 당 에너지 ( )를 계산했지만 광자 수 는 무시했습니다 . 그렇기 때문에 단위가 일치하지 않습니다 (전력은 단위 시간당 에너지이며 각 광자에 대한 에너지 만 있습니다).
이상적인 전력 (단위 시간 당 에너지)은 태양 전지판의 영역에 따라 , 단위 시간 (PER을 치는 광자의 개수 )과 각각의 광자의 에너지 ,되도록 . Φ E W I d e a l = A p ⋅ Φ ⋅ E
렌즈 나 거울은 작은 영역에 빛 (광속)을 집중시킬 수 있습니다. 실제로 이상적인 조건에서 렌즈의 면적 ( )은 위 공식에서 를 대체 합니다. 따라서 렌즈가 태양 전지판보다 큰 경우 더 큰 광속을 캡처하여 패널로 보내 전력을 증가시킬 수 있습니다.A p
그렇습니다. 렌즈 나 거울을 사용하여 태양 전지의 조명을 높이면 전력 출력이 증가합니다.
그러나 제한 요소가 있습니다. 태양 전지의 효율은 온도에 따라 떨어집니다. 전류는 광자 속에 대략 비례하지만 반도체 접합이 가열됨에 따라 개방 회로 전압이 내려갑니다. 여전히 선형 적이지는 않지만 플럭스가 많을수록 더 많은 전력을 생산합니다.
계속 가면 태양 전지가 너무 뜨거워 져서 만든 반도체가 더 이상 반도체처럼 작동하지 않습니다. 실리콘의 경우 약 150 ° C입니다. 세포를 시원하게 유지할 수 있다면 더 높은 광자 속으로 부딪 칠 수 있습니다. 그러나 다른 비선형 효과가 시작되고 높은 플럭스 레벨에서 감소하는 수익을 얻기 시작합니다.
관심 주파수에서 광자 밀도가 클수록 광자가 반도체의 전자를 밴드 갭 이상으로 높은 에너지 궤도로 여기시킬 때 전력이 더 커집니다. Olin이 말했듯이 증가는 선형 적이 지 않습니다. 결국 온도가 증가함에 따라 증가 된 광자 강도는 전력의 증가를 감소시킵니다.
렌즈 필터와 다른 방법을 사용하여 유익하지 않은 광자 파장을 제거하는 것이 좋습니다. 우리는 특정 반도체의 밴드 갭을 가로 질러 전자를 여기시키기 위해 조정 된 파장의 광자만을 원합니다.
이를 수행하지 않는 모든 광자는 온도 상승 만 야기합니다. 따라서 관련 광자 만의 입사 광자 밀도를 높이고 싶습니다.
실제로 온수기 목적으로 물을 통과시키는 알루미늄 방열판 아래에 태양열 어레이를 식힐 수 있습니다. 나는 전시회에서 그러한 설정을 보았습니다. 그것은 스페인 회사에 의한 것이지만 그 이름을 기억하지 못합니다. 이 설정은 전기 및 대류 물 가열 모두에 태양 광 발전을 결합했습니다.
미시간 대학교 (University of Michigan)에서 태양 에너지를 변환하는 새로운 방법이 발견되었습니다. 확인하십시오 : https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html
예를 들어 높은 강도의 빛이 투명하지만 비전 도성 재료 인 유리를 통과 할 때 나타나는 빛의 자기 성분을 사용합니다. 빛은 평방 센티미터 당 천만 와트의 강도에 집중되어야합니다. 햇빛은 그 자체로는 그다지 강하지 않지만, 더 낮은 강도에서 작동 할 수있는 새로운 재료가 요구되고 있습니다.
렌즈와 거울을 사용한 빛의 집중은 기존의 태양 전지에서 더 많은 에너지를 추출 할 가능성이 제한되어 있지만이 새로운 방법으로 전기 에너지를 확실히 증가시킬 것입니다.