Paso 6: Debate sobre la energía: eficiencia
Como una tecnología emergente, células solares teñir-sensibilizadas realizar mal en comparación con las tradicionales células solares o fuentes de energía de combustibles fósiles. Aunque el sol es una fuente abundante de energía, muchos factores limitan la eficacia de DSSCs de convertir luz solar en energía eléctrica. (Ver el artículo "Avance más allá de células solares teñir-sensibilizadas de generación actual" para obtener más información acerca de limitaciones y posibles vías para la mejora de DSSC).Mientras que los combustibles fósiles tienen muchos inconvenientes, sus ventajas incluyen la densidad de energía y bajo costo (sin considerar las externalidades). Para mejor demostrar las ventajas y desventajas de las energías alternativas, es mejor examinar esta cuestión a través del lente de alimentación de la calculadora de anteriormente en esta guía.
Para alimentar esta calculadora con nuestros DSSCs, conectamos tres células (cada uno aproximadamente 3 cm ^ 2 de superficie) en serie a la calculadora. Nuestro circuito producido 1.04V y 630 microamperios, es decir, 0,6552 milivatios de potencia. Las células habían colocadas en una repisa de la ventana, recibiendo una cantidad moderada de luz solar durante la tarde de una Nueva Inglaterra día de invierno. Según el ya mencionado papel de Grätzel, uno podría esperar 600-800 W/m ^ 2 (0.54-0.72 W / 9 cm ^ 2) de la luz solar para llegar a las células solares.
Para encontrar la cantidad de energía producida por la célula solar original de la calculadora, también conecté la célula PV a un multímetro mientras descansaba sobre la repisa de la ventana misma. Sin embargo, la célula PV DSSCs midieron y en días diferentes con diferentes cantidades de luz solar disponible, así que esto no es una comparación perfecta. Sin embargo, es razonable esperar sólo pequeñas variaciones entre las dos tardes de invierno en Nueva Inglaterra que eran menos de una semana de separación. La célula PV había producido 9,2 miliwatios de potencia (2,8 mili amperes y volts 3,27). Se trata de 14 X el rendimiento de las 3 DSSCs y 21 X el rendimiento de las células DSS por unidad de área. (15.20661157 W/m ^ 2 para el PV vs 0.728 W/m ^ 2 para las DSSCs).
Para encontrar la cantidad de una fuente de energía convencional necesaria para esta calculadora, sé que un kilogramo de carbón (típicamente más energía densa fósil combustible) producirá aproximadamente 7,4 megajulios de electricidad. Por lo tanto, uno necesitaría 2.92*10^(-7) kilogramos (es decir 0,292 miligramos) de carbón a esta calculadora de energía para cada hora utilizado.
Estas cifras muestran las dificultades inherentes con la conversión de energía solar en electricidad. Me puse a calcular una medida de la eficiencia de las DSSCs que se produjeron, además de la célula de solar fotovoltaica (PV) que originalmente la calculadora. Las células fueron probadas dentro de un aparato de la caja de cartón donde brillaba una sola fuente de luz (lámpara de halógeno de tungsteno de 45W 120V) en las células solares a una distancia igual desde arriba. Había no hay otras fuentes de luz que entraron en este aparato, y el interior era aerosol pintado negro para minimizar la reflexión de la luz de la cartulina.
Una de las DSSCs produjo 5,5 microvatios de energía o 0,01897 vatios/m ^ 2 cuando dentro de la caja. Esta salida de energía por unidad de área fue significativamente menor que la 1,49 w/m de la célula original de la calculadora ^ 2 (2.99V * 301 microamperios / 6,05 cm ^ 2). Teniendo en cuenta que las DSSCs tenían 1, 27% la eficiencia de células solares de un barato, Mass-Market de la calculadora, las capacidades de tecnología DSSC basadas en antocianina básica dejan mucho que desear. El papel original de Grätzel mencionó que uno podría esperar eficiencias entre 0.5% y 1% para DSSCs construidos en sus procedimientos experimentales. Esto crea confusión en cuanto a por qué el PV superaron la DSSC 78 X por unidad de área. Basado en las tecnologías actuales, sería imposible para la célula PV de una calculadora de bajo costo crear electricidad con una eficiencia entre 39% y 78%. Esta discrepancia podría ser el resultado de una lámpara halógena de tungsteno emiten rayos de luz diferentes que los del sol. Las DSSCs de hecho realizar más comparable al probado a lo largo de la repisa de la ventana. También es posible que nuestro equipo de investigación no creó células de la misma calidad y eficiencia como las que escribió el libro original de Grätzel.
Hay algunas otras consideraciones importantes para estas comparaciones de las fuentes de energía. En primer lugar, las células solares teñir-sensibilizadas tienen problemas de estabilidad que probablemente impedirían a los veintitantos años (la vida útil típica de una celda PV). Mi equipo ha notado degradación considerable en el rendimiento de nuestras semanas mera célula después de la Asamblea; sin embargo, no hemos tomado muchas de las precauciones posibles en la extensión de vida de la célula. (Leído esfuerzos alrededor de un equipo de investigación con la mejora de la estabilidad al aire libre de sus DSSCs) Sin embargo, esta limitación pone de relieve un problema con la actual producción de energía renovable. Hay algunas tecnologías que tienen la oportunidad de competir razonablemente con carbón y otras fuentes de energía carbón-basados, pero muchas tecnologías tienen serios obstáculos financieros y tecnológicos que impiden la adopción de corriente. Basado en experimentos de mi equipo de investigación, células solares fotovoltaicas actualmente tienen mucho más potenciales que tinte sensibilizado a alimentar las necesidades de energía en el futuro del mundo.
