Effizienzsteigerung von Solarzellensystemen

Wikipedia hat einen guten Artikel über photovoltaisch-thermische Hybridsysteme . Sie bestehen, wie von Ihnen vorgeschlagen, aus einer Solarzelle mit einem thermischen Kollektor auf der Rückseite.

Die Umwandlung von Solarenergie ist aus thermodynamischer Sicht ein faszinierendes Thema und wurde in der Arbeit von De Vos wunderbar zusammengefasst.

• Die Thermodynamik der Solarenergieumwandlung, ISBN: 978-3-527-40841-2
• Ist eine Solarzelle ein endreversibler Motor? doi:10.1016/0379-6787(91)90021-G

Ein photovoltaisch-thermisches Hybridgerät kann als endoreversibler Motor modelliert werden: ein irreversibler Motor, bei dem alle Irreversibilitäten auf die Kopplung des Motors mit der Außenwelt beschränkt sind . Mit Kopplung meinen wir den Austausch von Teilchen (die photovoltaische Komponente) und Wärme (die thermische Komponente).

Wo$U=Q + \mu N$stellt den Energiefluss dar, der eine minderwertige Komponente hat$Q$und hochwertiges Bauteil$\mu N$. Die minderwertige Komponente wird so bezeichnet, weil sie von einem Entropiefluss begleitet wird$S=Q/T$wobei die hochwertige Komponente nicht von einem Entropiefluss begleitet wird. Somit wird der gesamte Energiefluss von einem Entropiefluss begleitet$(U -\mu N)/T$.

Die photovoltaische Komponente wird mit dem Partikelstrom betrieben$N$und die thermische Komponente wirkt auf den Wärmestrom$Q$.

Für das Solargehäuse$T_1=5762K$,$T_2=300K$,$\mu_1=0$,$\mu_2=0$, also lösen wir auf$T_3$Und$\mu_3$um dem hybriden (pv/pt) Leistungsumwandlungswirkungsgrad zu geben,

Mit Hybridumbau ist also ein ganz erheblicher Schub möglich. Diese Berechnung setzt voraus, dass das Sonnenlicht nicht konzentriert ist.

Wenn wir nun das Sonnenlicht auf die maximale Menge von 42600 konzentrieren$\times$.

Bei zunehmender Konzentration wird der Hybridwirkungsgrad durch den photovoltaischen Prozess nur geringfügig gesteigert. Dies liegt an der dramatischen Verringerung der Irreversibilität, da die Konzentration des Sonnenlichts aufgrund der Anpassung der Absorptions- und Emissionsraumwinkel erhöht wird, und auch an den viel hohen Temperaturen, die durch den Kollektor erreicht werden können, wodurch die Carnot-Energie sehr effizient läuft.