Stap 6: Discussie over energie: efficiëntie
Als een opkomende technologie presteren zonnecellen kleurstof-gesensibiliseerde slecht in vergelijking met traditionele zonnecellen of fossiele energiebronnen. Hoewel de zon een rijke bron van energie is, beperken vele factoren DSSCs efficiëntie van het zonlicht omzetten in elektrische energie. (Bekijk het artikel "Advancing dan de huidige generatie kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen" voor meer informatie over de beperkingen en de potentiële mogelijkheden voor verbetering van de DSSC).Terwijl fossiele brandstoffen veel nadelen hebben omvatten hun voordelen energiedichtheid en lage kosten (zonder gelet op externe factoren). Om aan te tonen best de voordelen en nadelen van alternatieve energie, is het het beste om deze kwestie door de lens van het voeden van de calculator van eerder in deze handleiding te onderzoeken.
Voor het aandrijven van deze calculator met onze DSSCs, we drie cellen verbonden (ongeveer 3 cm ^ 2 in oppervlakte) in serie aan de calculator. Onze schakeling geproduceerd 1.04V en 630 microamps, d.w.z. 0.6552 milliwatt van macht. De cellen hadden gelegd op een vensterbank, een matige hoeveelheid zonlicht ontvangen tijdens het begin van de middag van een New England winterdag. Volgens de bovengenoemde Grätzel krant, zou men kunnen verwachten 600-800 W/m ^ 2 (0.54-0.72 W / 9 cm ^ 2) uit zonlicht te bereiken de zonnecellen.
Vind je de hoeveelheid energie die wordt geproduceerd door de originele zonnecel van de rekenmachine, verbonden ik ook de PV-cel met een multimeter terwijl het rustte op de dezelfde vensterbank. De PV cel- en DSSCs werden echter gemeten op verschillende dagen met verschillende hoeveelheden beschikbare zonlicht, dus dit niet een perfecte vergelijking is. Het is echter redelijk te verwachten dat slechts kleine variaties tussen twee winter's middags in New England die minder dan één week ertussen waren. De PV-cel geproduceerd 9.2 milliwatt van macht (2,8 milliampère en 3,27 volt). Dit is 14 X de prestaties van de 3 DSSCs, en 21 X de prestaties van de DSS cellen per oppervlakte-eenheid. (15.20661157 W/m ^ 2 voor de PV vs 0.728 W/m ^ 2 voor de DSSCs).
Vind je het bedrag van een conventionele energiebron nodig voor het aandrijven van deze calculator, weet ik dat een kilogram van steenkool (meestal de meeste energie dichte fossiele brandstof) ongeveer 7.4 megajoules van elektriciteit zal opleveren. Men zou daarom, 2.92*10^(-7) kg (d.w.z. 0.292 milligram) moeten van kolen voor het aandrijven van deze calculator voor elk uur gebruikt.
Deze aantallen tonen de inherente problemen bij het omzetten van zonne-energie in elektriciteit. Ik heb uiteengezet om een meting van de efficiëntie voor de DSSCs die eerder zijn uitgebracht, naast de fotovoltaïsche (PV) zonnecel die oorspronkelijk de calculator aangedreven berekenen. Beide cellen werden getest in een kartonnen doos apparaat waar één lichtbron (45W 120V tungsten halogeenlamp) op de zonnecellen op een gelijke afstand van bovenaf scheen. Er waren geen andere lichtbronnen die ingevoerd van dit apparaat, en de binnenkant was gespoten zwart naar licht reflectie van het karton te minimaliseren.
Een van de DSSCs geproduceerd 5.5 microwatts van macht, of 0.01897 watt/m ^ 2 wanneer getest in de doos. Dit vermogen per oppervlakte-eenheid was aanzienlijk lager is dan de oorspronkelijke rekenmachine cel 1,49 watt/m ^ 2 (2.99V * 301 microamps / 6.05 cm ^ 2). Gezien het feit dat de DSSCs de efficiëntie van een goedkope, massa van de rekenmachine zonnecel 1, 27% had, de mogelijkheden van anthocyanin gebaseerde DSSC basistechnologie liet veel te wensen overlaat. De oorspronkelijke Grätzel papier vermeld dat men zou kunnen verwachten efficiëntie tussen 0,5% en 1% voor DSSCs gebouwd in hun experimentele procedures. Dit schept verwarring over de vraag waarom de PV presteerde beter dan de DSSC 78 X per oppervlakte-eenheid. Op basis van de huidige technologieën, zou het onmogelijk voor een goedkope calculator PV cel maken van elektriciteit met een rendement tussen 39 en 78%. Dit verschil zou kunnen zijn het resultaat van een tungsten halogeenlamp uitstoten stralen van het licht anders dan die van de zon. De DSSCs presteerde in feite meer vergelijkbaar wanneer getest langs de vensterbank. Het is ook mogelijk dat ons onderzoeksteam geen cellen van dezelfde kwaliteit en efficiency als degenen die schreef de originele Grätzel papier gemaakt.
Er zijn enkele andere belangrijke overwegingen om deze vergelijkingen van energiebronnen. Eerst en vooral, kleurstof-gesensibiliseerde zonnecellen hebben problemen van stabiliteit dat zou waarschijnlijk te voorkomen dat ze blij jaar (de typische levensduur van een PV-cel). Mijn team heeft gemerkt aanzienlijke prestaties afbraak tot onze cel slechts weken na montage; echter hebben wij veel van de mogelijke voorzorgsmaatregelen bij de uitbreiding van de cel van de levensduur niet genomen. (Lees over een onderzoeksteam inspanningen met verbetering van de outdoor stabiliteit van hun DSSCs) Deze beperking benadrukt echter een probleem met de huidige productie van hernieuwbare energie. Er zijn sommige technologieën die de mogelijkheid hebben om redelijk concurreren met kolen en andere koolstof-gebaseerde energiebronnen, maar vele technologieën hebben ernstige financiële en technologische wegversperringen dat beletsel voor mainstream aannemen. Op basis van mijn onderzoeksteam experimenten, bezit fotovoltaïsche zonnecellen veel meer mogelijkheden dan kleurstof-gesensibiliseerde op toekomstige energiebehoeften van de wereldbevolking te voeden.
