Virkningsgraden på solcellepaneler

[Ægir]

En leser at virkningsgraden på solcellepaneler stadig øker. Vanlige kommersielle paneler ligger litt under 20% i virkningsgrad. Innen romfart brukes mer effektive paneler (i tillegg til at det er høyere innstråling uten atmosfæren).

 

Jeg lurer på hva dette tallet egentlig betyr. Er det regnet ut i fra energien i lyset opp mot energien i elektrisiteten?

 

De fanger også energi fra infrarødt lys, i alle fall silisiumspaneler. I prinsippet burde man kanskje kunne fange alle former for elektromagnetisk stråling. Jeg antar virkningsgraden regnes ut i fra et mindre intervall i elektromagnetisk stråling, og ikke hele spekteret.

 

Det virker ved at fotoner dytter elektroner til en strøm. Fotoner og elektromagnetisk stråling handler vel om bølge-partikkel-dualiteten. Eller snakker man om partikler bare når det gjelder lys? Jeg har aldri hørt om "radio-partikler", men jeg syns det er rart om det bare er intervallet for synlig lys av elektromagnetisk stråling som også kan ses på som partikler.

[Ægir]

Energy conversion efficiency is measured by dividing the electrical output by the incident light power. Factors influencing output include spectral distribution, spatial distribution of power, temperature, and resistive load. IEC standard 61215 is used to compare the performance of cells and is designed around standard (terrestrial, temperate) temperature and conditions (STC): irradiance of 1 kW/m², a spectral distribution close to solar radiation through AM (airmass) of 1.5 and a cell temperature 25 °C. The resistive load is varied until the peak or maximum power point (MPP) is achieved. The power at this point is recorded as Watt-peak (Wp). The same standard is used for measuring the power and efficiency of PV modules.

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_cell_efficiency#Comparison

 

Ja her blir det oppgitt en standard for lys man skal regne effektivitetsgraden ut i fra. Og når det står "energy conversion efficiency is measured by dividing the electrical output by the incident light power", så antar jeg de mener at man deler effekten i strømkretsen på effekten av lys med de egenskapene som ble nevnt.

 

Da er egentlig det oppklart.

 

Så kan en lure på om det er mulig å utnytte hele det elektromagnetiske spekteret i PV (photovoltaics). De materialene som blir brukt er valgt fordi elektronene i atomene har energinivåer som passer med energinivået fotoner har, slik at det blir bra utnyttelsesgrad. Men kanskje det finnes helt andre typer materialer som egner seg for f.eks. gammastråling?

[sverreb]

Solceller er i utgangspunktet fotodioder som produserer strøm ved at fotoner forårsaker produksjon av et elektron/hullpar (fotoelektrisk effekt) I.e. det gir energi til et elektron som forlater sitt orbital og etterlater et positivt ionisert atom (hull). Både elektronet og hullet kan vandre gjennom matrialet (Hullet ved at naboatomer donerer ett elektron, dette er en egenskap ved halvledere. Selve atomkjernen beveger seg ikke i faste stoff).

 

Hadde matrialet vært homogent ville elektronet og hullet raskt funnet sammen igjen, men i en fotodiode skaper man en deplesjonsregion ved å dope matrialet. En deplesjonsregion er der en pdopet og ndopet halvleder møtes. I deplesjonsregionen oppstå et statisk kraftig elektrisk felt. Havner et elektron eller hull her vil de føres til hver sin side av deplesjonsregionen av det elektriske feltet som gir opphav til en elektrisk spenning siden vi nå har adskilt den positive og negative ladningen.

 

Fotoner med for lav energi vil ikke være i stand til å forårsake fotoelektrisk effekt i matrialet og kan ikke produsere strøm*. Fotoner med veldig høy energi kan ikke fullt ut nyttiggjøres av en bådgapspenning som er tunet for lavere energier. (Så gammastrøling produserer strøm i et solcellepanel for synlig lys, men proporsjonalt med antall fotoner, ikke med energien i fotonene som for gamma er mye mye høyere enn lys)

 

Avanserte solceller kan ha flere lag for å utnytte flere lysfrekvenser mer effektivt (i.e. flere båndgap i serie), men dette er kostnadsdrivende og svarer seg ikke for storskala installasjoner, så slike brukes i slikt som romapplikasjoner hvor kostnadene pr. masse (For å aksellere de til orbitalhastigheter) er mye høyere enn byggekostnadene

 

*) I.h.t. fotoelektrisk effekt. De kan produsere strøm indirekte via seebeckeffekten (ved oppvarming), men det vil kreve en måte å avlede varmen så dioden får en kald side, se termoelektriske elementer)

Endret 29. desember 2016 av sverreb

[Ægir]

Solceller er i utgangspunktet fotodioder som produserer strøm ved at fotoner forårsaker produksjon av et elektron/hullpar (fotoelektrisk effekt) I.e. det gir energi til et elektron som forlater sitt orbital og etterlater et positivt ionisert atom (hull). Både elektronet og hullet kan vandre gjennom matrialet (Hullet ved at naboatomer donerer ett elektron, dette er en egenskap ved halvledere. Selve atomkjernen beveger seg ikke i faste stoff).

 

Hadde matrialet vært homogent ville elektronet og hullet raskt funnet sammen igjen, men i en fotodiode skaper man en deplesjonsregion ved å dope matrialet. En deplesjonsregion er der en pdopet og ndopet halvleder møtes. I deplesjonsregionen oppstå et statisk kraftig elektrisk felt. Havner et elektron eller hull her vil de føres til hver sin side av deplesjonsregionen av det elektriske feltet som gir opphav til en elektrisk spenning siden vi nå har adskilt den positive og negative ladningen.

 

Fotoner med for lav energi vil ikke være i stand til å forårsake fotoelektrisk effekt i matrialet og kan ikke produsere strøm*. Fotoner med veldig høy energi kan ikke fullt ut nyttiggjøres av en bådgapspenning som er tunet for lavere energier. (Så gammastrøling produserer strøm i et solcellepanel for synlig lys, men proporsjonalt med antall fotoner, ikke med energien i fotonene som for gamma er mye mye høyere enn lys)

 

Avanserte solceller kan ha flere lag for å utnytte flere lysfrekvenser mer effektivt (i.e. flere båndgap i serie), men dette er kostnadsdrivende og svarer seg ikke for storskala installasjoner, så slike brukes i slikt som romapplikasjoner hvor kostnadene pr. masse (For å aksellere de til orbitalhastigheter) er mye høyere enn byggekostnadene

 

*) I.h.t. fotoelektrisk effekt. De kan produsere strøm indirekte via seebeckeffekten (ved oppvarming), men det vil kreve en måte å avlede varmen så dioden får en kald side, se termoelektriske elementer)

 

Flott svar.

 

Det er altså antallet fotoner det går på, bare energien er høy nok. Litt avhengig av materiale, såklart.