Hur till bygga & användning A Dye-Sensitized solcell (PD) + en diskussion om energieffektivitet & (6 / 6 steg)

Steg 6: Diskussion om energi: effektivitet

Som en ny teknik fungerar dye-sensibiliserade solceller dåligt i jämförelse med traditionella solceller eller fossila energikällor. Även om solen är en riklig källa av energi, begränsa många faktorer DSSCs' effektivitet omvandla solljus till elektrisk energi. (Se artikeln "Advancing bortom nuvarande generationen dye-sensibiliserade solceller" för mer information om PDS begränsningar och potentiella möjligheter till förbättring).

Fossila bränslen har många nackdelar, inkluderar deras fördelar energitäthet och låga kostnad (utan att beakta externa effekter). För att bäst Visa fördelar och nackdelar av alternativa energier, är det bäst att undersöka denna fråga genom linsen av strömförsörjning kalkylatorn från tidigare i vägledningen.

För att driva denna kalkylator med vår DSSCs, vi kopplade tre celler (var ca 3 cm ^ 2 i yta) i serien till räknaren. Vår krets producerade 1.04V och 630 microamps, dvs 0.6552 milliwatt av makt. Cellerna hade placerats på en fönsterbräda, mottagande en måttlig mängd solljus under tidigt på eftermiddagen av en New England vinterdag. Enligt det tidigare nämnda Grätzel papperet, kunde man förvänta sig 600-800 W/m ^ 2 (0,54-0,72 W / 9 cm ^ 2) från solljus för att att nå solcellerna.
För att hitta mängden energi som produceras av Kalkylatorns ursprungliga solcell, ansluten jag också PV cellen till en multimeter medan det vilade på samma fönsterbrädan. Dock mättes PV cell- och DSSCs på olika dagar med olika mängder av tillgängliga solljus, så detta inte är en perfekt jämförelse. Det är dock rimligt att förvänta sig endast små variationer mellan två vinter eftermiddagar i New England som var mindre än en vecka ifrån varandra. PV cellen producerade 9.2 milliwatt av makt (2,8 milliampere och 3,27 volt). Detta är 14 X 3 DSSCs och 21 X utförandet av DSS celler per ytenhet. (15.20661157 W/m ^ 2 för PV vs 0.728 W/m ^ 2 för DSSCs).

För att hitta mängden en konventionell energikälla behövs för att driva denna kalkylator, vet jag att kg av kol (oftast den mest energi tät fossila bränslen) ungefärligt kommer att producera 7.4 megajoule el. Man skulle därför behöva 2.92*10^(-7) kg (dvs 0,292 milligram) av kol att driva denna kalkylator för varje timme som används.

Dessa siffror visar de inneboende svårigheterna med omvandla solenergi till elektricitet. Jag lade fram för att beräkna en mätning av effektivitet för de DSSCs som producerades, förutom solceller (PV) solcell som ursprungligen drivs kalkylatorn. Både celler testades inuti en kartong apparatur där en enda ljuskälla (45W 120V tungsten halogen lamp) lyste på solcellerna på samma avstånd från ovan. Det fanns inga andra ljuskällor som angav denna apparat och insidan var spray målade svart att minimera ljusreflektion från kartong.

En av DSSCs producerade 5,5 microwatts av makt eller 0.01897 watt/m ^ 2 när den testades i rutan. Denna effekt per ytenhet var betydligt lägre än den ursprungliga kalkylator cellen 1.49 watt/m ^ 2 (2.99V * 301 microamps / 6.05 cm ^ 2). Med tanke på att DSSCs hade 1, 27 procent av en billig, massmarknaden miniräknare solcell effektivitet, funktionerna i grundläggande antocyaninfärgning PD teknik lämnade mycket att önska. Grätzel beskrivet nämnde att man kunde förvänta sig effektivitetsvinster mellan 0,5 och 1% för DSSCs i sina experimentella procedurer. Detta skapar förvirring om varför PV överträffade PD 78 X per ytenhet. Baserat på nuvarande teknik, skulle det vara omöjligt för en billig kalkylator PV cell att skapa el med en effektivitet mellan 39% och 78%. Denna diskrepans kan vara resultatet av en tungsten halogenlampa avger strålar av ljus som annorlunda än de av solen. DSSCs i själva verket utför comparably när testade utmed fönsterbrädan. Det är också möjligt att vår forskargrupp inte skapade celler av samma kvalitet och effektivitet som de som skrev det ursprungliga Grätzel papperet.

Det finns några andra viktiga överväganden till dessa jämförelser av energikällor. Först och främst dye-sensibiliserade solceller har frågor om stabilitet som troligen skulle hindra dem från verksamma i tjugo plus år (den genomsnittliga livslängden för en PV cell). Mitt team har märkt betydande prestandaförsämring till vår cell bara veckor efter församling. Vi har dock inte tagit många av de möjliga försiktighetsåtgärderna att utöka cellens livslängd. (Läs om en forskning team insatser med förbättra deras DSSCs utomhus stabilitet) Trots belyser denna begränsning ett problem med nuvarande förnybar energiproduktion. Det finns några tekniker som har möjlighet att rimligen konkurrera med kol och andra kolbaserade energikällor, men många tekniker har allvarliga finansiella och tekniska hinder som förhindrar vanliga antagandet. Baserat på min forskargrupp experiment, har fotovoltaiska solceller för närvarande mycket mer potential än dye-sensibiliserade på driver världens framtida energibehov.