Aumento de la eficiencia de los sistemas de celdas solares

Wikipedia tiene un buen artículo sobre sistemas híbridos fotovoltaicos-térmicos . Como propusiste consisten en una celda solar con un colector térmico en la parte trasera.

La conversión de energía solar es un tema fascinante desde una perspectiva termodinámica y se ha resumido maravillosamente en el trabajo de De Vos,

• La termodinámica de la conversión de energía solar, ISBN: 978-3-527-40841-2
• ¿Es una célula solar un motor endorreversible? doi:10.1016/0379-6787(91)90021-G

Un dispositivo híbrido fotovoltaico-térmico se puede modelar como un motor endorreversible: un motor irreversible donde todas las irreversibilidades se restringen al acoplamiento del motor al mundo exterior . Por acoplamiento entendemos intercambios de partículas (el componente fotovoltaico) y calor (el componente térmico).

Dónde$U=Q + \mu N$representa el flujo de energía que tiene un componente de baja calidad$Q$y componente de alta calidad$\mu N$. El componente de baja calidad se denomina así porque va acompañado de un flujo de entropía$S=Q/T$mientras que el componente de alta calidad no está acompañado por un flujo de entropía. Así, el flujo total de energía va acompañado de un flujo de entropía de$(U -\mu N)/T$.

El componente fotovoltaico operará sobre el flujo de partículas$N$y el componente térmico operará en el flujo de calor$Q$.

Para el caso solar,$T_1=5762K$,$T_2=300K$,$\mu_1=0$,$\mu_2=0$, así resolvemos para$T_3$y$\mu_3$para dar la eficiencia de conversión de energía híbrida (pv/pt),

Entonces, es posible un impulso bastante significativo con la conversión híbrida. Este cálculo asume que la luz del sol no está concentrada.

Ahora, si concentramos la luz solar a la cantidad máxima de 42600$\times$.

A medida que aumenta la concentración, el proceso fotovoltaico aumenta solo ligeramente la eficiencia híbrida. Esto se debe a la drástica reducción de la irreversibilidad a medida que aumenta la concentración de luz solar debido a la coincidencia de los ángulos sólidos de absorción y emisión, y también a las altas temperaturas que puede alcanzar el colector, lo que permite que la energía de Carnot funcione de manera muy eficiente.