レンズを使用して太陽光を太陽電池に集中させることで、より多くの電気が生成されますか？

私はかなり長い間この質問について疑問に思っていました。理想的な場合を想定すると、太陽電池に当たる光子からのエネルギーは、次の方程式で説明されるように電気エネルギーに変換されます。

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

ここで、は光子の頻度です。レンズを使用してもフォトンの周波数は増加しないため、余分な電気は生成されません。$\nu$

レンズを使用して太陽電池に光を集中させると、太陽電池から余分な電気が発生することはないと思うのは正しいですか？

あなたの方程式は部分的に正しいです。光子あたりのエネルギー（）を計算しましたが、光子の数は無視しました。そのため、単位が一致しません（パワーは単位時間あたりのエネルギーですが、各光子のエネルギーしかありません）。$\hbar \nu$

理想的なパワー（単位時間あたりのエネルギー）は、ソーラーパネルの面積、単位時間あたりに当たる光子の数（）、および各光子のエネルギーに、。 Φ E W I D E A L = A P ⋅ Φ ⋅ $A_p$$\Phi$$E$$W_{Ideal} =A_p \cdot \Phi \cdot E$

レンズまたはミラーは、光（光子の束）を小さな領域に集束できます。本当に理想的な条件下では、レンズの面積（）が上記の式のを置き換えます。そのため、レンズがソーラーパネルよりも大きい場合、より多くの光子を捕捉してパネルに向けることができ、出力が増加します。A $A_L$$A_p$

はい。レンズまたはミラーを使用して太陽電池の照度を上げると、電力出力が増えます。

ただし、制限要因があります。太陽電池の効率は温度とともに低下します。電流は光子束にほぼ比例したままですが、半導体接合が加熱されると開回路電圧が低下します。それでも、磁束が多いほど出力は大きくなりますが、完全に直線的ではありません。

続けると、太陽電池は非常に熱くなり、そのために作られた半導体はもはや半導体のように機能しなくなります。シリコンの場合は約150°Cです。セルを低温に保つことができれば、より高い光子束でヒットできます。ただし、他の非線形効果が邪魔になり始め、高フラックスレベルでリターンが減少し始めます。

対象の周波数での光子密度が大きいほど、光子が半導体の電子を励起してバンドギャップ以上のより高いエネルギー軌道に出力します。とはいえ、Olinが述べたように、増加は線形ではありません。最終的には、温度が上昇すると、光子強度が増加するため、出力の増分が減少し続けます。

私の提案は、レンズフィルターなどの方法を使用して、有益ではない光子の波長を拒否することです。特定の半導体のバンドギャップを越えて電子を励起するように調整された波長の光子のみが必要です。

これを行わない光子は、温度の上昇を引き起こすだけです。そのため、関連するフォトンのみの入射フォトン密度を増加させる必要があります。

ソーラーアレイを実際に冷却するには、その下にあるアルミニウム製ヒートシンクを使用して、温水器用にソーラーアレイに水を通します。私はトレードショーでそのようなセットアップを見ました。スペインの会社によるものでしたが、その名前は思い出せません。セットアップでは、電気と対流式の両方の温水用に太陽光発電を組み合わせました。

ミシガン大学で太陽光発電を変換する新しい方法が発見されました。チェックアウトしてください：https : //phys.org/news/2011-04-solar-power-cells-hidden-magnetic.html

高強度の光が透明ではあるが非導電性の材料、例えばガラスを通過するときに現れる光の磁気成分を使用します。光は、1平方センチあたり1,000万ワットの強度に焦点を合わせなければなりません。日光はそれだけでは強烈ではありませんが、より低い強度で機能する新しい素材が求められています。

レンズとミラーを使用した光の集中は、従来の太陽電池からより多くのエネルギーを抽出する可能性が限られていますが、この新しい方法では確かに電気エネルギーを増加させるでしょう。