La mayoría de los paneles solares que he visto no tienen espejos, etc., pero usualmente los cocedores solares tienen espejos. ¿Cuál es la razón por la que los paneles solares no tienen espejos de enfoque?
La respuesta simple es que los dos dispositivos funcionan de manera completamente diferente.
Los cocedores solares, así como los llamados 'colectores solares térmicos', enfocan la luz del sol para calentar algo (una olla en un cocedor, algún aceite o cerámicas) y luego se transfiere el calor a algún lugar, donde genera electricidad, generalmente mediante algún motor de vapor. Por lo tanto, cuanta más calor, mejor.
Por otro lado, los paneles solares utilizan el efecto fotovoltaico, que convierte directamente la luz en energía eléctrica. La luz excita electrones a la banda de conducción y la corriente es luego transmitida a algún lugar. Sin embargo, demasiado calor destruye los materiales utilizados, por lo que enfocarse podría ser una muy mala idea.
La eficiencia de las celdas solares disminuye rápidamente a medida que se calientan y este es el factor limitante al usar espejos. Aproximadamente el 12% de la energía se convierte en electricidad, y el 88% restante se convierte en calor.
@user6972 Este es el caso de materiales convencionales de celdas solares como el silicio dopado y GeAs, etc. Pero en los últimos 5 años, se han encontrado nuevas clases de materiales fotovoltaicos, como los perovskitas, que muestran una dependencia mucho menor de la temperatura. Estos podrían ser materiales prometedores para el futuro uso.
@usuario6972 ¿No sería entonces valioso convertir/direccionar el calor a un convertidor de calor a electricidad para hacer que las celdas solares sean más eficientes, o quizás usar una celda híbrida que combine métodos termoeléctricos y fotovoltaicos para crear energía? ¿O, qué tal si simplemente convertimos la luz directamente en calor y luego lo utilizamos para alimentar un dispositivo mecánico a eléctrico u otro que sabemos que son más eficientes?
Aunque las otras respuestas son correctas, creo que están pasando por alto el punto principal. Por lo general, los paneles solares funcionan independientemente de su orientación. Su rendimiento puede ser óptimo cuando están orientados directamente hacia el Sol, pero si el Sol brilla a 45°, 90°, o cuando está nublado, todavía reciben fotones y siguen generando electricidad.
Los espejos reflectores, sin embargo, necesitan estar directamente hacia el Sol para ser útiles. Utilizarlos en una serie fotovoltaica solar requeriría que el usuario rote constantemente la serie, lo que requiere un seguidor solar y una considerable sobrecarga mecánica. Para un cocinero, que se usa quizás durante media hora y supervisado en gran medida por un humano, esto no es un problema. Pero las series fotovoltaicas solares deben operar sin supervisión todo el día, mientras que la Tierra rota cambiando la posición relativa del Sol.
Finalmente, la luz solar no es escasa. Si necesitamos más electricidad, suele ser más barato añadir más paneles solares que pasar por la sobrecarga de añadir espejos reflectores y una infraestructura para rotar toda nuestra serie.
Ver también: https://physics.stackexchange.com/a/78848/6319, https://physics.stackexchange.com/a/78918/6319, https://sustainability.stackexchange.com/a/2788/106.
Estoy en desacuerdo, el punto principal es que son negros pero debes mantenerlos frescos, por lo tanto, hay una potencia máxima por área unitaria más allá de la cual se vuelve más costoso y desafiante enfriarlos activamente. Ver comentario y enlaces asociados.
Se ha considerado el concepto de utilizar espejos para enfocar la luz en una celda fotovoltaica.
Ver por ejemplo SISTEMA DE CONCENTRACIÓN DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA COSTO EFECTIVO CON REFLEJO DE ESPEJO
Es necesario considerar los costos relativos de los espejos versus las celdas.
Algunas luces se perderán debido a la reflexión y geometría imperfectas.
Además, si la luz es demasiado intensa, la celda podría dañarse o saturarse.
De vez en cuando hay productos con algún tipo de equipo de enfoque. Algunos conceptos utilizan espejos, y otros utilizan lentes de plástico barato.
Además del "daño" descrito en las otras respuestas, hay algunas otras razones convincentes para no seguir este enfoque:
Costo: esto puede ser menos intuitivo, pero la fabricación e instalación de paneles solares es un proceso bastante sencillo. De muchas maneras, los paneles solares son ahora módulos de hardware de commodities. Quieres que el proceso de fabricación sea simple, que el envío sea simple y que la instalación también sea simple. Supongamos que pudieras exprimir un 10-20% más de potencia (significativamente más podría causar sobrecalentamiento). Con un costo actual de 0.70 USD/vatio en el extremo bajo para paneles solares de bajo costo, potencialmente sería rentable para un gran panel de 200 vatios (200*0.70 = 140 USD) si el costo al por mayor de los espejos solo agregara un 20% del costo, por lo que en este caso serían $28 USD. Mi intuición es que los costos asociados con la instalación y el envío harían que esto fuera menos competitivo, pero no puedo hablar de esos números.
daño: No creo que la mayoría de los paneles solares puedan manejar más del 20% de luz solar adicional sin hardware adicional de regulación de temperatura. Podrías agregar disipadores de calor y/o ventiladores, pero este equipo aumentaría tus costos. Incluso si pudieras mantener una temperatura confortable, ¿cómo cambiaría la vida útil de la célula fotovoltaica? (No estoy seguro). Por cierto, también es posible aprovechar el calor que emana de tus células fotovoltaicas y usar esa energía para calentar agua o calentar tu hogar. Esto haría que la pregunta fuera mucho más complicada, por lo que no entraré en eso.
instalación y mantenimiento: una estructura plana es mucho más fácil de mantener, menos posibilidad de romperse, más fácil de limpiar. Y si un espejo/panel se rompe, se ensucia, o recibe más sol que los demás, tu producción sería la misma que sería sin espejos debido a #4:
sombreado y los efectos de la exposición desigual: wikipedia tiene un buen artículo al respecto, http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_system#Shading_and_dirt, para resumir: "La salida eléctrica de la célula fotovoltaica es extremadamente sensible al sombreado. Los efectos de este sombreado son bien conocidos. Cuando incluso una pequeña parte de una célula, módulo o arreglo está sombreada, mientras que el resto está al sol, la salida cae drásticamente debido a un 'cortocircuito' interno (los electrones invierten el curso a través de la porción sombreada de la unión p-n)." Si la situación es la opuesta, es decir, que una célula fotovoltaica recibe más luz solar que las demás, se observaría el mismo efecto limitante. Por lo tanto, si pones espejos en un panel de un conjunto y no en los demás, realmente no tendría ningún efecto.
espacio: esto no siempre es una preocupación, pero para muchos proyectos el objetivo es meter la mayor cantidad de potencia en el espacio utilizable. Los espejos son inherentemente menos eficientes que células fotovoltaicas adicionales.
Aunque se han descrito las deficiencias de enfocar más luz en la matriz, una pregunta similar es por qué no montar espejos para reflejar la luz del sol hacia la matriz solo cuando el ángulo de incidencia esté bastante desviado de lo normal. Esto podría proporcionar parte de la ventaja de rastrear el ángulo del sol durante el día. Creo que en este caso, la ubicación y el tamaño de los espejos no serían prácticos por algunas de las mismas razones mencionadas anteriormente. Estarían por encima de la matriz y serían difíciles de montar, probablemente bloquearían el sol durante parte del día y también es probable que reflejen en la casa de un vecino durante parte del día. Las personas que no tienen ninguno de estos problemas forman un mercado demasiado pequeño para ver anuncios de grandes espejos.
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Si utilizas disipadores de calor para mantenerlos frescos, puedes utilizar espejos u otras técnicas para concentrar la energía. greenrhinoenergy.com/solar/technologies/pv_concentration.php
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En Space SE: La temperatura de las celdas fotovoltaicas vs eficiencia - ¿se controla activamente alguna vez? los paneles solares son muy oscuros por diseño pero necesitas mantenerlos frescos. Respuesta de Floris lo aclara, la respuesta altamente votada y aceptada no menciona este punto crítico en absoluto. ¿Considerar desaceptar la respuesta actual? Esto volverá a poner la pregunta en la cola activa y permitirá más votos en las respuestas mejores.