A concentração da luz solar sobre células fotovoltaicas é desejável, pois os espelhos e lentes concentradores são menos caros do que o material fotovoltaico. Considere a célula solar fotovoltaica do Exemplo 3.3. Uma célula fotovoltaica de é irradiada com energia solar concentrada. Como as lentes concentradoras são feitas em vidro, elas absorvem da irradiação no lugar da superfície superior da célula solar, como no Exemplo 3.3. A irradiação restante é refletida para fora do sistema ou é absorvida no material semicondutor de silício da célula . A célula é resfriada por ar direcionado paralelamente às suas superfícies superior e inferior. A temperatura e a velocidade do ar são e , respectivamente, e a superfície inferior é coberta com uma tinta de alta emissividade, .

(a) Determine a potência elétrica produzida pela célula fotovoltaica e a temperatura do silício, em um sistema que tem uma lente concentradora quadrada com , que concentra a irradiação nela incidente para uma área menor ocupada pela célula fotovoltaica. Suponha que a temperatura da lente concentradora seja de e que ela não interfira no desenvolvimento da camada-limite sobre a superfície superior da célula. As camadas-limite nas superfícies superior e inferior são levadas a condição de turbulentas na aresta frontal do material fotovoltaico.

Calculando as resistências térmicas:

Analisando as camadas limite superior e inferior desarmadas.

Calculando :

Calculando :

Calculando :

Calculando :

Do circuito termal:

Onde:

E

Do mesmo modo:

E

A eficiência da conversão solar em elétrica é:

Resolvendo as equações:

Assim, temos que a potência elétrica produzida pela célula fotovoltaica é:

E assim terminamos a nossa questão, até a próxima!