光伏電池和葉綠體哪個轉換太陽能的效率高?

時間 2021-05-06 17:56:24

1樓:李神針

應該是人造的效率高,畢竟人就是為了發電而製造的而植物不光要發電,還要儲能,人類的太陽能發電效率這麼高,不知道有沒有足夠的地方儲存,反正我印象裡應該是儲存能力有限,用電低峰的時候會出現大量的電力冗餘

而且植物自己的光合作用不光能儲存,還能製造更多的葉綠體,我印象裡咱們的光伏應該也是這種理念,自己產的太陽能用來給自己供電來造更多的太陽能

要是說哪個更合理,肯定是植物的更合理,千萬別小瞧大自然幾十億年的篩選

2樓:JennyVenus

只比高低自然是太陽能高,網上看到有的車主自帶30塊左右的太陽能板,展開占地不到50平公尺,可以開著電車自駕了,試想不到一分地種什麼植物收穫的能量能維持車輛行駛?

3樓:李世民

沒有可比xing。因為兩者雖都涉及能量轉換範疇其實幾乎沒有可以比較的關聯度。

植物儲存的化學能在能源結構上屬於低品位能源,自古以來用於燒柴取暖做飯,現代幾乎已經完全被其他能源完全取代,卻是在支援人類生命活動所需能量和維護地球生態運轉具有無可替代的重大作用,而電能是最高品位能源,可以完全支配現代人類的生產生活,但是當前對地球環境的破壞急需改革。

在綠色植物光合作用下;每放出1個氧分子要吸收8個波長為6.88×10-7m的光量子,同時每放出1mol O2,植物儲存469kJ的能量,綠色植物能量轉化效率約為33% 。

人造葉綠體的能量轉化效率最高可達10%。

光伏電源的發電效率當前主流應用上恰好在兩者之間,航天級應用光伏電源效率可以超過40%,實驗室的不算數吧。

以上,只談效率的話綠色植物總體上超過了光伏,而且綠色植物在海洋中的分布xing優勢完勝光伏。再談比較的話人造葉綠體和光伏有著同樣的能源方向,即使人造葉綠體不發電造石油(除了高品位能源,石油還是高品位材料而且可以蒸汽朋克風格的星辰大海足以匹敵「賤」電)也可以和光伏比較效率的啦,但是,愛因斯坦的光伏完勝。

4樓:

先說結論,太陽電池轉換效率更高。

這邊我從光伏方面分析原因,至於葉綠體如何去轉換,有請學植物的小夥伴解釋吧。

先解釋題目意思:轉換效率

轉換效率要用功率去計算,而不是量子效率。

太Sunny的功率是0.1W/cm2,太陽電池目前量產可以做到23%以上,也就是0.023W/cm2。

至於量子效率,不同波長的光有不同的量子效率,在太陽電池內,如果吸收的每個光子產生乙個電子(其實是電子空穴對),則量子效率為100%,對於太陽電池,在每個波長的量子效率如下圖:

Quantum Efficiency

其實現在的太陽電池可以在藍綠光範圍做到EQE,99%以上。

明白了轉換效率不是量子效率,我們來對比兩者的吸收最終能夠利用的能量。

這邊不做高大上分析,就簡單告訴邏輯。葉綠體吸收光譜為莫軒:植物是如何吸收光的

太陽電池吸收光譜:

從兩圖中就可以明顯看出,太陽電池轉換效率高於葉綠體:

乙個是光譜段的積分(太陽電池),乙個只是在部分波長具有高的峰值。

到這裡就結束吧,不深究,因為不是兩個關聯性很強的概念。

5樓:小瑪員

簡答:太陽能發電,光-——>電

葉綠體,光——>電——>有機物質

這時候比效率,1,光——>電。2,電——>有機物質。

葉綠體老子進化幾億年了,居然也會輸?!

6樓:劉亞合

最好的人造光伏電池的太陽能轉換率和葉綠體光系統的太陽能轉換率差不多,理論值差不多,實際上工作狀態還是藍細菌和葉綠體高一些。

有些說法認為葉綠體對光能轉換效率沒最好光伏電池,那是因為算得是整個葉綠體的轉換率,也就是光子進入葉綠體到最後產出的三磷酸腺苷數及轉化為葡萄糖的效率,而不是光系統產出氫離子的效率。

考慮到光伏電池的轉換效率算得只是光伏電池產生電壓的效果,沒有把乙個外接的化學能儲能電池與光伏電池綁在一起算效率,那麼比較兩者應該都比相當於產生的電勢的東西,而不是比最後電能被轉化為化學能等其他能量儲存或使用以後的效果。那麼最好的光伏電池勉強能和葉綠體光系統差不多。

但是葉綠體光系統還有兩個優勢,第一,其是柔性的,而柔性光伏電池(不論是無機的還是有機的)的轉換率目前都還是遠不如傳統光伏,第二,葉綠體光系統是活系統,可以根據光照強度、光集中的波長來調節色素比例,比如大部分藍細菌和真核生物裡的葉綠體呈深綠到藍綠色,而深海裡藍細菌和真核生物的葉綠體就因為葉黃素比例更高而顏色接近褐色,日照強的地方的葉綠體裡則胡蘿蔔素比例更高導致顏色淺綠,提高了轉換效率,同時避免了溫度過高,而光伏電池沒有這種調節能力,且工作受溫度影響大,高溫低溫環境下基本遠遠達不到理論轉換效率。

葉綠體光系統和光伏電池最高的轉換效率,也就等於物理上最高的光電轉換效率。這個值已經很難再顯著提高了,目前光伏電池的研究主要是打破製作材料的限制,降低成本。

葉綠體藍細菌與葉綠體

不同型別藍細菌的顏色

不同藍細菌光系統的吸收峰

三類色素的組合產生不同顏色

劉亞合:為何植物在進化中選擇了綠色?

既然藍細菌和葉綠體的光系統轉換率高,並且環境適應性這麼強,為什麼不人工仿造葉綠體光系統來造光伏電池呢,因為葉綠體光系統是蛋白質支撐色素組成的系統,是分子級別的,只能在生物質膜兩側通過氫離子形成電位差,其容錯率極低,在依賴於細胞體來修復損傷和調整色素比例,在細胞外是複製不了的。

而人工光伏,需要盡量在大的面積上接受光並轉換為光伏電池兩側的電位差,細節不需要想葉綠體光系統那麼精細。因為一塊光伏電池做好後,就難以再對其進行分子級別的處理,單個分子的損傷對整體影響越小,光伏電池的使用壽命就越高,這方面的設計思路與葉綠體光系統是相反的。

葉綠體光系統對光伏電池製作的唯一啟示是,對於有機光伏電池,如果把呈色結構設計為可基於化學反應隨環境溫度和光照條件在深藍色、棕色、綠色之間變化,那麼有可能提高效率、加強輸出的穩定性。

7樓:黃鼠狼精Morrica

問題中的「太陽能電池」(原題做「光伏電池」)前加了「最好的」,而「葉綠體」沒加。應該是預設一般的葉綠體更有效率。

不過其實是沒必要的。

「最差的」太陽能電池什麼要我不知道,但是計算器上那塊太陽能電池應該就比葉綠體效率高。

僅理論計算(不考慮其生物屬性,即預設強光下也不會受損),植物對600nm光的極限轉化率約為30%(略高於現在太陽能電池的記錄,與現在太陽能電池的理論極限相當)。但由於對Sunny中各波長的光利用效率不同,對全日光的極限轉化率約為11%.

但是如果達到這個值,強烈轉化下產生的自由基會破壞相關結構,植物實際的轉化率不足6%,且絕大部分低於1%.

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