Hallo,

Es ist vielleicht noch ein wenig zu früh darüber zu sprechen aber, ich habe ein kleines Verständnisproblem.

http://www.heise.de/tr/Boost-fuer-die-T ... 127099/0/3

soweit alles klar , aber :

Ein konventionelles Solarpanel absorbiert Licht des gesamten Spektrums, setzt allerdings nur Licht bestimmter Wellenlängen effizient in Elektrizität um.
Ein Großteil der eingestrahlten Energie wird so verschwendet.
Im Ergebnis bedeutet dies, dass konventionelle Solarzellen einen theoretischen Maximalwirkungsgrad von 30 Prozent haben; wird das Sonnenlicht
vorab mit einem Spiegel oder einer Linse konzentriert, liegt er bei 41 Prozent.
Bei TPV-Anlagen wird deshalb ein Material ausgewählt, das, wenn es heiß wird, Licht abgibt, das von einer Solarzelle besonders effizient in Strom umgesetzt werden kann.
Der theoretische Maximalwirkungsgrad erhöht sich so auf 85 Prozent.

Nochmal , wenn etwas heiss wird, nimmt es Wärmestrahlung auf.
Soll ich dies jetzt als Lich definieren? Wenn ja , welcher Wellenbereich wird abgedeckt?

Habe auch nicht den Strahlungsbereich gefunden mit den die Zelle Arbeitet.
Wer sich mal ein wenig einlesen will:

http://www.opus-bayern.de/uni-regensbur ... l_2005.pdf

http://www.mtpvcorp.com/MTPV2/Publicfil ... e%2042.pdf

Quellen, wie auf den Links zu sehen.

Danke im vorraus

Ron

Ein sehr interessanter Ansatz.
Letztendlich wird hier versucht einen Frequenzkonverter zu bauen, wie in der Rundfunktechnik, nur mit sehr viel kürzeren Wellenlängen.
Ohne groß weiter darüber nachgedacht zu haben, kommt mir der Umweg über erhitzte Oberflächen zum Umwandeln des Frequenzspektrums schwerfällig vor. Es gibt wohl aber keine bekannten Möglichkeiten Lichtspektren umzusetzen.

Link

Ja wärme ist eine Strahlung, das wird im schulunterricht meistens nicht richtig dargestellt.

die wellenlänge hängt von der temperatur ab (siehe meinen link), meist wird gesagt das nur die IR Wärmestrahlung ist, wenn du aber an erhitztes metall denkst (glühen) ist das auch wärmestrahlung, der IR Bereich ist sonst aber nicht sichtbar, daher eventuell etwas schwer vorzustellen

Bei den halbleitern die in Modulen verwendet werden, hat jedes ein spezifische lichtspektrum, da sich prinzipiell nach der "Bandlücke" (wem das schon nichts sagt, bitte nachschlagen /-googeln) definiert, bei silizium ist diese 1,11 eV, dies entspricht circa einer wellenlänge von 1000nm, also ist IR der opt. Bereich

jeder halbleiter hat ein anderes charakt. spektrum, darum bestehen tandemzellen aus versch. halbleitern (und oder mit unterschiedlicher dotierung) und können so verschiedene wellenlängen "abgreifen"

trotzdem ist silizium (als einzelstpoff) der ideale, den der IR anteil an der solarstrahlung ist höher als der der sichtbaren strahlung (aber energieärmer)


ich halte die erfindung für diese sorte die man sich lieber 2 mal ansehen sollte, meine ersten gedanken waren sofort: warum brauche ich ein gerät das wärme produziert, das machen meine module doch auch??? Das problem, um wieder ernsthaft zu, wie soll die strahlung wieder effektiv dem modul zugeführt werden, es bedarf da eines gerichteten strahlers, außerdem wie soll bei NICHT konstanter temperatur eine konstante wellenlänge erzeugt werden?

interessant ist es aber und ich meine auch technisch machbar (nicht totaler non sense, was ich hier schon manchmal lesen musste)

aber 85% sind massiv zu optimistisch, da bin ich auf mehr "beweismaterial" gespannt, das hier noch weitere fakten enthüllt...

grüße

Habe noch ein wenig was zusammen gesucht !

Hier noch ein paar Links zum Thema:

Link 1

Die Nasa ist da auch dran, jedoch find ich den Link "Order Information" nicht !

http://gltrs.grc.nasa.gov/cgi-bin/GLTRS ... 06718.html

http://www.freidok.uni-freiburg.de/voll ... df/tpv.pdf

http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_ ... mber=26685

und angeblich ist diese Technologie schon seid den frühen 60´igern bekannt !

Werd mich hier erstmal selber durcharbeiten müssen, will ja nicht dumm sterben.

Grüße Ron

In diesem Bericht werden viele Gedanken zusammengeworfen und vermischt, was ich nicht gut finde.

Zum einen ist der maximale Wirkungsgrad einer "normalen" Silicium Solarzelle aufgrund der möglichen Lichtabsorption tatsächlich begrenzt, die wie gesagt nur in einem bestimmten Wellenlängenbereich statt findet. Da ich momentan keine genauen Werte im Kopf habe, lasse ich das mit 30% mal so stehen.

Die durch Konzentration erreichten 41% haben weniger mit der Lichtbündelung als viel mehr damit zu tun, dass bei dieser Rekordzelle mehrere Halbleitermaterialien in einer Zelle mit untersch. Absorptionseigenschaften zum Einsatz kamen und so ein größeres Lichtspektrum verwerten konnte.

In der im Artikel angesprochenen Technologie habe ich es so verstanden, dass Licht gebündelt auf ein Material trifft und dieses bis zum Glühen erhitzt. Dieses Material soll nun die Eigenschaft haben Licht abzustrahlen dessen Wellenlänge im Absorbtionsbereich der Solarzelle liegt. Die Solarzelle kann nun von diesem Licht 85% umwandeln. So habe ich den Text zumindest verstanden und möchte behaupten, dass das zur Erhitzung des Materials notwendige Licht nicht berücksichtigt wurde.

Sonniger Gruß

Kubo

Hallo Kubo,

In der im Artikel angesprochenen Technologie habe ich es so verstanden, dass Licht gebündelt auf ein Material trifft und dieses bis zum Glühen erhitzt.

Negativ, jede Strahlungsquelle die einen Wellenbereich aussendet, kann in Betrach gezogen werden. Auch Körper, die von Natur aus schon Wärmestrahlung abgeben.

Dieses Material soll nun die Eigenschaft haben Licht abzustrahlen dessen Wellenlänge im Absorbtionsbereich der Solarzelle liegt.

Negativ, Die Solarzelle kann nur ein begrenztes Lichtspecktrum, abfangen und daraus Energie erzeugen ( sichbare und ein klein wenig mehr, je nach verspannungsart)

Die Thermophotovoltaik, benötigt nur die reinen Wärmestrahlen, um es mal so aus zu drücken.
Eine sichbare Lichtquelle ist eigentlich nicht erforderlich, da die Zelle nur aus den Wellenbereich des nicht sichbaren Lichtes, ( Licht = Wellenbereich) arbeitet.

Die Solarzelle kann nun von diesem Licht 85% umwandeln.

definitiv nicht nur von den sichbaren Licht ( sichbaren Wellenlängen)

So habe ich den Text zumindest verstanden und möchte behaupten, dass das zur Erhitzung des Materials notwendige Licht nicht berücksichtigt wurde.

Im grunde genommen hast du recht, aber da es ja natürliche Strahlungsquellen, für Wärmestrahlung gibt, wäre, der denkbare theoretische Wirkungsgrad vielleicht möglich.


( Momentaner Stand, soweit wie ich mich jetzt mal durchgebissen habe, braucht du ca. 900° damit die Zelle einigermassen gut arbeitet.)

So habe ich es zumindestens Verstanden.
Berichtige mich jemand wenn ich jetzt daneben geriffen haben sollte, beschäftige mich auch erst seid gestern abend mit den Thema !

Bitte nicht mit den momentanen Solarzellen die Ihr auf den Dächern habt verwechseln.


Grüße Ron

Hi!

Das Problem einer PV-Zelle ist Folgendes:
Jede PV-Zelle hat eine für das benutzte Halbleiter-Material (z.B. Silizium) charakteristische Bandlücke, welcher einer bestimmten Energie entspricht (noch genaueres würde vermutlich zu weit führen, das es sich um quantenmechanische Effekte handelt).

Einfallendes Licht gibt (im Idealfall ) seine Energie an den Halbleiter -genauer: an die Elektronen- ab, um Elektronen vom Valenz- in das Leitungsband anzuheben.

Damit dies geschehen kann, muss ein einzelnes einfallendes Lichtquant mindestens die Energie der Bandlücke tragen. Hier sind wir also schon tief in der Quantenmechanik, nach der sich Licht nicht nur als Welle, sondern auch als Teilchen verhält.

Es ist nun so, dass die Energie, die ein Lichtquant trägt, direkt mit der zugehörigen Wellenlänge zusammenhängt. Lichtquanten, die zu Licht einer bestimmten Wellenlänge gehören, tragen immer dieselbe, fest definierte Energie: Je kürzer die Wellenlänge, d.h. je höher die Frequenz des Lichts, desto mehr Energie trägt ein dazu korrespondierendes Lichtquant.
(E = h*f lautet die exakte Formel, wobei h das sogenannte Planck'sche Wirkungsquantum ist.)

Lange Rede, kurzer Sinn: Licht einer Wellenlänge, zu der eine zu geringe Quantenenergie gehört, führt nicht zur Anregung von Elektronen und trägt daher nicht zur Stromerzeugung bei, die Zelle wird lediglich warm.

Ist die Quantenenergie dagegen größer als die Bandlückenenergie, kommt es zur Anregung. Allerdings trägt das angeregte Elektron eine Energie, die höher ist als für das Leitungsband nötig. Es neigt dazu, diese überschüssige Energie abzugeben (-> Wärme).

Das bedeutet, dass die Energie von Lichtquanten, deren Energie höher als die Bandlückenenergie ist, ebenfalls teilweise verloren geht.

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Hieraus resultiert der Ansatz der TPV:
Jeder Körper einer bestimmten Temperatur strahlt Elektromagnetische Wellen ab (Wärme ist ungeordnete Bewegung und Bewegung von Ladungen erzeugt Elektromagnetische Strahlung).

Nun gibt es Materialien (bzw strukturelle Anordnungen), die ihre Wärmeenergie größtenteils oder fast ausschließlich in einem schmalen Spektralbereich abgeben. Anstatt das Sonnenlicht nun also direkt auf eine PV-Zelle fallen zu lassen, erhitzt man ein solches Material, erzeugt damit quasi-monochromatisches Licht (Licht im Sinne elektromagnetischer Strahlung, das muss nicht sichtbar sein, kein glühender Körper nötig) und schickt dieses auf eine konventionelle PV-Zelle, deren Bandlücke an das Spektrum möglichst ideal angepasst ist.



Ich hoffe, dass ich trotz aller Quantenmechanik ein wenig Licht ins Dunkel bringen konnte Warum diese Bandlücken existieren usw. muss man jetzt nicht verstehen. Ich hoffe, dass das Prinzip etwas klar geworden ist.

Gruß, Volker

@v0lle85

dein erster Post hier im Forum und gleich so Informativ. Ich Danke dir !

Jedoch der letzte Satz:?

erhitzt man ein solches Material, erzeugt damit quasi-monochromatisches Licht (Licht im Sinne elektromagnetischer Strahlung, das muss nicht sichtbar sein, kein glühender Körper nötig) und schickt dieses auf eine konventionelle PV-Zelle, deren Bandlücke an das Spektrum möglichst ideal angepasst ist.

Wenn wir das noch in TPV-Zelle ändern gibt es glaube ich keine missverständliche Fragen mehr, oder liege ich da falsch!

Grüße Ron

Hi!

Sorry für die späte Antwort
Nein nein, ich meine tatsächlich eine konventionelle PV-Zelle.

Kurz: Selektiver Emitter + konventionelle PV-Zelle = TPV-Zelle

Genauer: Eine TPV-Zelle besteht dann letztlich aus einem Absorber-Material, welches mit hoher Effizienz elektromagnetische Wellen einer bestimmten Wellenlänge ausstrahlt, so dass eine konventionelle PV-Zelle, die an diese Frequenz angepasst ist, diese Strahlung wiederum mit einer hohen Effizienz in elektrische Energie wandeln kann.

(EDIT: Ob der Absorber gleichzeitig auch als Emitter fungiert, weiß ich übrigens garnicht so genau. Kann auch sein, dass unterschiedliche Materialien für Absorber und Emitter verwendet werden.)

Dieses Gesamtkonzept wird dann als TPV-Zelle bezeichnet, da letztlich thermische Energie über den Umweg über EM-Strahlung und das Konzept konventioneller Photovoltaik in Elektrische Energie umgewandelt wird.

Klar dürfte als auch sein, dass diese Zellen auch für Energierückgewinnung an Hochöfen o.Ä. von großem Interesse ist.
...Je nach Wirkungsgrad können natürlich leider auch Nuklearkraftwerke als Quelle für die thermische Energie dienen.. .

Gruß zurück,
Volker

Hi,

es gibt neues zu berichten! kleines Update

http://news.stanford.edu/news/2010/augu ... 80210.html

A new process that simultaneously combines the light and heat of solar radiation to generate electricity could offer more than double the efficiency of existing solar cell technology, say the Stanford engineers who discovered it and proved that it works. The process, called "photon enhanced thermionic emission," or PETE, could reduce the costs of solar energy production enough for it to compete with oil as an energy source.

Beim durchschauen der Patente war ersichtlich, dass immer noch eine extrem Hohe Temperatur benoetigt wird, damit das System effizient laeuft! Wir liegen also immernoch bei einer Zellentemperatur von min. 200 Grad, optimal bei 800 Grad.

Und wie im Text schon steht, je hoeher die Temperatur, dest so besser der Wirkungsgrad. Dies ist aber eine neue Technologie, und nicht wirklich wie eine TPV Zelle aufgebaut, da hier noch zusaetzlich SI mit Galliumnitrid dotiert wird.
Also immer noch nicht fuer den normalen Markt geeignet.

Nachtrag Patent: http://www.wipo.int/pctdb/en/wo.jsp?IA= ... LAY=STATUS
Quelle: wie im Link angegeben
Gruesse Ron