Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Research on solar cell based on chlorophyll

Wiktor Wilga

Abstract

The purpose of this work is to examine the properties and parameters, and especially the efficiency of photovoltaic cells based directly on chlorophyll, so as to confirm that the photosynthesis process used by plants always can contribute to the generation of electric current on a global scale. The cells convert solar energy into electricity. In accordance with the idea of sustainable development, which assumes environmental protection and in the face of challenges related to the constantly increasing demand for energy, while fulfilling EU assumptions regarding decarbonisation policy and implementation of the Paris Agreement of 2015, our society is directing its activities towards technologies using primary sources from nature. We are talking here about the use of processes and properties of various materials and organisms living among people. So far, photovoltaic cells sensitized with dye (DSSC), perovskite or cellulose organic cells have been found, based on photoelectrochemical phenomena and artificial photosynthesis. It is an interesting alternative to expensive and hardly recycled solar cells of the first and second generation. However, there are still many problems and the achieved efficiency is not satisfactory. The tests carried out measurements of the electric current and voltage from which the parameters of photovoltaic cells were determined for the maximum operating point, in which the cell achieves the best maximum power, and therefore also the efficiency. The following parameters were determined: panel electrical resistance, short circuit current, open circuit voltage, fill factor and efficiency. The current-voltage characteristics and power diagrams with marked maximum operating points were also plotted. Measurements were carried out for various cell variants depending on the materials used for electrodes, solutions with chlorophyll and construction. Three materials were used: copper, brass and aluminum. In order to obtain a chlorophyll solution, extractions from the parsley, called maceration, were carried out. For comparison, food chlorophyll was also used in powder and liquid mixed with acetone and water in various proportions, also with the addition of salt. The design variants consisted in changing the position and shape as well as the dimensions of the electrodes, both lower and upper. The samples made, as well as their measurements and designated parameters as well as cell characteristics allowed the selection of the best variants in terms of specific criteria. Non-effective methods and ways of cell structure implementation were excluded. Most measurements were made for the comparison of solutions with chlorophyll. It turned out that the chlorophyll extract from parsley and the chlorophyll powder solution with water and salt are solutions that allow the cells to achieve the highest efficiency. After testing the materials and arrangement of the electrodes, it resulted that a copper plate should be used on the lower electrode and an aluminum strip on the top electrode. Analysis of the carried out methods also allowed to generally determine the stability of cells in time and the effect of insolation. The tested cells have achieved very low efficiency, and are also very unstable in time and defective. It should be significantly improved. Further research is planned to improve the efficiency and stability of the solar cells based on chlorophyll.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Wiktor Wilga (FM) Wiktor Wilga,, Faculty of Mechatronics (FM)
Title in Polish
Badanie ogniw fotowoltaicznych na bazie chlorofilu
Supervisor
Grzegorz Wróblewski (FM/IMBE) Grzegorz Wróblewski,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Certifying unit
Faculty of Mechatronics (FM)
Affiliation unit
The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)
Study subject / specialization
, Mechatronika
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
01-02-2019
Issue date (year)
2019
Reviewers
Grzegorz Wróblewski (FM/IMBE) Grzegorz Wróblewski,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM) Daniel Janczak (FM/IMBE) Daniel Janczak,, The Institute of Metrology and Biomedical Engineering (FM/IMBE)Faculty of Mechatronics (FM)
Keywords in Polish
ogniwo fotowoltaiczne, zjawisko fotoelektrochemiczne, chlorofil, fotosynteza, ekstrakcja, PV
Keywords in English
photovoltaic cell, photoelectrochemical phenomena, chlorophyll, photosynthesis, extraction, PV
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy jest zbadanie właściwości i parametrów, a szczególnie wydajności ogniw fotowoltaicznych opartych bezpośrednio na chlorofilu, tak aby potwierdzić słuszność, że proces fotosyntezy wykorzystywany od zawsze przez rośliny, może przysłużyć się do generacji prądu elektrycznego na skalę globalną. Ogniwa przetwarzają energię słoneczną w energię elektryczną. Zgodnie z ideą zrównoważonego rozwoju, która zakłada ochronę środowiska naturalnego i w obliczu wyzwań związanych ze stale wzrastającym zapotrzebowaniem na energię, przy jednoczesnym wypełnianiu założeń UE dotyczących polityki dekarbonizacji oraz realizacji planu porozumienia paryskiego z 2015 roku, nasze społeczeństwo kieruje swoje działania w stronę technologii wykorzystujących pierwotne źródła z natury. Mowa tutaj o wykorzystywaniu procesów i właściwości różnych materiałów oraz organizmów żyjących wśród ludzi. Dotychczas wynaleziono już ogniwa fotowoltaiczne uczulane barwnikiem (DSSC), perowskity czy ogniwa organiczne z celulozy, oparte o zjawiska fotoelektrochemiczne i procesy sztucznej fotosyntezy. Jest to ciekawa alternatywa do drogich i ciężko recyklingowanych ogniw I i II generacji. Jednak nadal występują liczne problemy, a osiągane wydajności nie są satysfakcjonujące. W badaniach przeprowadzono pomiary natężenia prądu elektrycznego i napięcia z których wyznaczono parametry ogniw fotowoltaicznych dla maksymalnego punktu pracy, w którym ogniwo osiąga najlepszą moc maksymalną, a zatem także wydajność. Wyznaczono następujące parametry: rezystancja panela, natężenie prądu zwartego układu, napięcie prądu otwartego układu, współczynnik wypełnienia i wydajność. Wykreślone zostały także charakterystyki prądowo-napięciowe i wykresy mocy z zaznaczonymi maksymalnymi punktami pracy. Pomiary przeprowadzano dla różnych wariantów ogniw w zależności od wykorzystywanych materiałów na elektrody, roztworów z chlorofilem oraz konstrukcji. Wykorzystane zostały trzy materiały: miedź, mosiądz i aluminium. W celu otrzymania roztworu z chlorofilem przeprowadzano ekstrakcje z natki pietruszki, zwaną maceracją. Dla porównania użyto także chlorofilu spożywczego w proszku i płynie łączonego z acetonem i wodą w różnych stosunkach, także z dodatkiem soli. Warianty konstrukcji polegały na zmianie ułożenia i kształtu oraz wymiarów elektrod, zarówno dolnej i górnej. Wykonane próbki, a także ich pomiary i wyznaczone parametry oraz charakterystyki ogniw pozwoliły na wybranie najlepszych wariantów pod względem konkretnych kryteriów. Wykluczone zostały nieefektywne metody i sposoby realizacji budowy ogniw. Najwięcej pomiarów wykonano dla porównania roztworów z chlorofilem. Okazało się, że ekstrakt z chlorofilu z natki pietruszki i roztwór chlorofilu w proszku z wodą i solą są roztworami, które pozwalają ogniwom osiągnąć najwyższe wydajności. Po przebadaniu materiałów i ułożenia elektrod wynikło, że należy stosować miedzianą płytkę na dolną elektrodę i aluminiowy pasek na górą elektrodę. Analiza przeprowadzonych metod pozwoliła także określić stabilność ogniw w czasie i wpływ naświetlenia. Zbadane ogniwa osiągnęły bardzo małe wydajności, a także są bardzo niestabilne w czasie i defektywne. Należy je znacznie udoskonalić. Planowane jest przeprowadzenie dalszych badań, w celu poprawy wydajności i stabilności ogniw.
File
  • File: 1
    MT_1st_278311.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 31303

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTeb31a269f6f440099a51852f2b8ab07a/
URN
urn:pw-repo:WUTeb31a269f6f440099a51852f2b8ab07a

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page