क्या सौर कोशिकाओं पर सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने के लिए लेंस का उपयोग करके अधिक बिजली उत्पन्न की जाएगी?

Question

मैं काफी समय से इस सवाल के बारे में सोच रहा था। एक आदर्श मामले को मानते हुए, सौर कोशिकाओं से टकराने वाले फोटोन से ऊर्जा को समीकरण द्वारा वर्णित विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है:

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

जहां फोटॉनों की आवृत्ति है। लेंस का उपयोग करने से फोटॉनों की आवृत्ति में वृद्धि नहीं होगी, इस प्रकार कोई अतिरिक्त बिजली उत्पन्न नहीं होती है।$\nu$

क्या मैं यह सोचने में सही हूं कि सौर कोशिकाओं द्वारा कोई अतिरिक्त बिजली उत्पन्न नहीं की जाएगी जब एक लेंस का उपयोग उन पर प्रकाश को केंद्रित करने के लिए किया जाता है?

Comments

यदि यह सच था, तो हम फोटॉन को फैलाने के लिए एक लेंस का उपयोग कर सकते हैं , और कम प्रकाश से समान ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं ... और फिर अधिक सौर कोशिकाओं का उपयोग करके, प्रकाश की समान मात्रा से अधिक ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं!

— user253751

Answer 1

आपका समीकरण आंशिक रूप से सही है। आपने प्रति फोटॉन ( ) ऊर्जा की गणना की है , लेकिन आपने फोटॉन की संख्या की उपेक्षा की है। इसीलिए इकाइयाँ मेल नहीं खाती (शक्ति प्रति इकाई समय ऊर्जा है, जबकि आपको केवल प्रत्येक फोटॉन के लिए ऊर्जा मिली है)।$\hbar \nu$

$A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

$A_L$$A_p$

Comments

तो अगर लेंस बिजली उत्पादन बढ़ा सकते हैं, तो क्या वे वर्तमान में उपयोग किए जाते हैं?

— टीबीबीटी

दरअसल

— डैन

मैं गलत हो सकता हूं, लेकिन दिन के दौरान सूर्य की किरणें कोण बदलती हैं। क्या यह लेंस का उपयोग करना गैर-व्यावहारिक नहीं है?

— टीबीबीटी

कुछ मामलों में लेंस का उपयोग किया जाता है, क्योंकि वे प्रति वर्ग इंच सौर सेल में एकत्रित अधिक सौर ऊर्जा की अनुमति देते हैं (एक क्षेत्र में घटना प्रकाश के अधिक वर्ग इंच को केंद्रित करके)। कुछ मामलों में, यह वास्तव में लाभ प्रदान करता है (उच्चतम दक्षता वाले सौर कोशिकाओं को अपना काम करने के लिए फोटॉन के पर्याप्त प्रवाह की आवश्यकता होती है)। हालांकि, यह उपयोग करने के लिए मुश्किल है क्योंकि इसका मतलब यह भी है कि गर्मी लंपटता की बढ़ती मांग है, जो आसान नहीं है। लगभग दो साल पहले, मैंने एक सौर सेल के बारे में सुना था जिसकी लक्स में 100+ सूरज की अधिकतम दक्षता हासिल की गई थी, जिससे लेंसिंग को उस तक पहुंचने की आवश्यकता थी।

— Cort Ammon

@TBBT लेंस सतह क्षेत्र को बढ़ाकर उत्पादन बढ़ा सकता है, लेकिन इसलिए दर्पण जो कि बिजली पैदा कर रहा है पर प्रकाश को प्रतिबिंबित कर सकते हैं। इन पर एक नज़र डालें: en.wikipedia.org/wiki/Concentrated_solar_power

— पैट्रिक एम

Answer 2

हां, लेंस या दर्पणों का उपयोग करके सौर सेल पर रोशनी बढ़ाने से बिजली उत्पादन में वृद्धि होती है।

हालांकि, सीमित कारक हैं। एक सौर सेल की दक्षता तापमान के साथ नीचे जाती है। वर्तमान फोटॉन फ्लक्स के लगभग आनुपातिक रहता है, लेकिन सेमीकंडक्टर जंक्शन के गर्म होने पर ओपन सर्किट वोल्टेज नीचे चला जाता है। फिर भी, अधिक प्रवाह अधिक शक्ति देता है, हालांकि काफी रैखिक रूप से नहीं।

चलते रहें, और सौर सेल इतना गर्म हो जाता है कि यह सेमीकंडक्टर अब अर्धचालक की तरह काम नहीं करता है। सिलिकॉन के लिए यह लगभग 150 ° C है। यदि आप सेल को ठंडा रख सकते हैं, तो आप इसे उच्च फोटॉन फ्लक्स से मार सकते हैं। हालांकि, अन्य गैर-रेखीय प्रभाव रास्ते में मिलना शुरू हो जाते हैं और आपको उच्च प्रवाह स्तरों पर कम रिटर्न मिलने लगता है।

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क्या, तब, 1.5 या 2x की थोड़ी मात्रा में आवर्धन, वर्तमान में उपलब्ध सौर प्रणालियों पर सार्थक होगा? अपने विशिष्ट उपभोक्ता 100 वाट के सौर पैनल के दृष्टिकोण से, आवर्धन, फ़ोकस परिवर्तन आदि को प्राप्त करने की कठिनाई को फैक्टरिंग नहीं करना।

@ फ्रेंक: यह सब इस बात पर निर्भर करता है कि पैनल कितना तापमान बढ़ा सकता है। फीनिक्स में अगस्त में एक गर्म दिन, शायद नहीं, क्योंकि पैनल शायद पहले से ही अपने अधिकतम तापमान के करीब है। अन्य मामलों में, 1.5x या 2x ठीक हो सकता है। ध्यान रखें कि 15% कुशल का मतलब 85% अक्षम है, इसलिए 85% सूरज की रोशनी पैनल को गर्म करने के लिए जाती है। लगभग 1.2 kW प्रति वर्ग मीटर सबसे खराब स्थिति में, 1 kW प्रति वर्ग मीटर गर्मी है। क्या यह प्रति वर्ग मीटर 1.5 या 2 किलोवाट ले सकता है? शायद कभी-कभी, लेकिन सामान्य मामले में संभावना नहीं है अगर यह उस सामने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है।

— ओलिन लेथ्रोप

Answer 3

ब्याज की आवृत्ति में फोटॉन घनत्व जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक शक्ति होती है क्योंकि फोटॉनों सेमीकंडक्टर के इलेक्ट्रॉनों को उच्च-ऊर्जा ऑर्बिटल्स से बैंड-गैप और उससे आगे तक उत्तेजित करते हैं। कहा जा रहा है, जैसा कि ओलिन ने कहा, वृद्धि रैखिक नहीं है। अंततः तापमान बढ़ने के साथ-साथ, फोटॉन की तीव्रता में वृद्धि से कभी-कभी शक्ति में कमी होती है।

मेरा सुझाव फोटॉन तरंग दैर्ध्य को अस्वीकार करने के लिए लेंस फिल्टर और अन्य तरीकों का उपयोग करना होगा जो लाभ के नहीं हैं। हम केवल तरंग दैर्ध्य के फोटोन चाहते हैं जो कि उस विशेष अर्ध-चालक के लिए बैंड-गैप में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करने के लिए ट्यून किए जाते हैं।

कोई भी फोटॉन जो ऐसा नहीं करते हैं वे केवल तापमान में वृद्धि का कारण बनते हैं। तो आप प्रासंगिकता के केवल फोटॉन के घटना फोटॉन घनत्व को बढ़ाना चाहते हैं।

आप वास्तव में एल्यूमीनियम की गर्मी से सौर सरणियों को ठंडा कर सकते हैं उनके नीचे सिंक करते हैं जो वॉटर हीटर प्रयोजनों के लिए उनके माध्यम से पानी चलाते हैं। मैंने एक व्यापार शो में ऐसा सेटअप देखा। यह एक स्पेनिश कंपनी द्वारा किया गया था, लेकिन मुझे नाम याद नहीं है। सेटअप ने बिजली और संवहन जल तापन दोनों के लिए सौर ऊर्जा को संयुक्त किया।

Answer 4

मिशिगन विश्वविद्यालय में सौर ऊर्जा को परिवर्तित करने का एक नया तरीका खोजा गया है। कृपया देखें: https://phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

यह प्रकाश के चुंबकीय घटक का उपयोग करता है जो स्वयं प्रकट होता है जब उच्च तीव्रता का प्रकाश पारदर्शी लेकिन गैर-विद्युत प्रवाहकीय सामग्री के माध्यम से जाता है, उदाहरण के लिए ग्लास। प्रकाश 10 सेंटीमीटर प्रति वर्ग सेंटीमीटर की तीव्रता पर केंद्रित होना चाहिए। सूरज की रोशनी अपने आप में तीव्र नहीं है, लेकिन नई सामग्री की तलाश की जा रही है जो कम तीव्रता पर काम करेगी।

लेंस और दर्पणों का उपयोग करते हुए प्रकाश की आपकी एकाग्रता में पारंपरिक सौर सेल से अधिक ऊर्जा निकालने की सीमित क्षमता है, लेकिन यह निश्चित रूप से इस नई विधि के साथ विद्युत ऊर्जा को बढ़ाएगा।

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जैसा कि आपने उल्लेख किया है, यह प्रश्न का उत्तर नहीं देता है।

— hazzey