Samo chłodzące, trwalsze i wydajniejsze ogniwa słoneczne są w zasięgu ręki po prostu przez dodanie cienkiej warstwy szkła.
Artykuł opublikowany dziś w czasopiśmie internetowym optyka przedstawia możliwe rozwiązanie dla lepszego dostępu do energii słonecznej.
Ogniwa słoneczne działają poprzez przekształcanie promieniowania słonecznego w energię. Dzięki temu procesowi spodziewana jest pewna utrata energii.
Ale zaskakująca ilość energii jest tracona w wyniku przegrzania ogniw słonecznych. Ogranicza to zdolność komórki do wytwarzania energii elektrycznej i skraca jej żywotność.
Pokonać upał
Podróż Ruta de la Plata w liczbach Zespół badawczy z Uniwersytetu Stanforda w Kalifornii odkrył, że gdy cienka warstwa szkło krzemionkowe osadzone w maleńkich stożkach i piramidach umieszczone są nad krzemowymi ogniwami słonecznymi, temperatura ich działania gwałtownie spadła.
Badacze pod kierunkiem profesora inżynierii elektrycznej Shanhui Fan odkryli, że ta warstwa szkła przekierowuje niepożądane ciepło przez atmosferę i w kosmos.
Dzięki wyeliminowaniu nadmiernego promieniowania podczerwonego ogniwa słoneczne pozostają chłodne i są bardziej wydajne w przekształcaniu promieni słonecznych w energię.
Ten rysunek pokazuje, w jaki sposób ogniwa słoneczne chłodzą się, odprowadzając niepożądane promieniowanie cieplne. Piramidowe struktury wykonane ze szkła krzemionkowego zapewniają maksymalną zdolność chłodzenia radiacyjnego. L. Zhu / Stanford University
Ten rysunek pokazuje, w jaki sposób ogniwa słoneczne chłodzą się, odprowadzając niepożądane promieniowanie cieplne. Piramidowe struktury wykonane ze szkła krzemionkowego zapewniają maksymalną zdolność chłodzenia radiacyjnego. L. Zhu / Stanford University
Główny autor artykułu, doktorant fizyki Linxiao Zhu, powiedział, że odkrycie może doprowadzić do opracowania bardziej opłacalnych paneli słonecznych, czyniąc je lepszymi alternatywna energia odnawialna.
„Obniżenie temperatury ogniw słonecznych prowadzi do wyższej wydajności operacyjnej”, powiedział Zhu.
„Ponadto niższa temperatura pracy ogniw słonecznych prowadzi do znacznie dłuższej żywotności, zmniejszając w ten sposób wyrównany koszt energii z systemu.”
Zmniejszenie marnowanej energii
Według artykułu górna granica wydajności konwersji mocy dla pojedynczego ogniwa krzemowego wynosi około 33.7%. Gdy ogniwo się nagrzewa, wydajność spada - około pół procent na każdy wzrost temperatury o jeden stopień.
Koszty aktywnych metod chłodzenia ogniw słonecznych - takich jak wentylacja lub płyn chłodzący - przewyższają korzyści. Do tej pory utrata wydajności w wyniku przegrzania nie została rozwiązana.
Ta metoda pasywna polega na wykorzystaniu różnych długości fal promieniowania słonecznego. Widoczne światło w widmie najlepiej przenosi energię, podczas gdy podczerwień przenosi więcej ciepła.
Naukowcy obliczyli, że „odwrócenie” promieniowania podczerwonego za pomocą szkła krzemionkowego powoduje obniżenie ciepła bez negatywnego wpływu na ilość światła widzialnego, jaką może pochłonąć ogniwo słoneczne.
„Opracowaliśmy optymalną konstrukcję złożoną z piramid krzemionkowych w mikroskali” - powiedział profesor Fan.
„[To] maksymalizuje moc chłodzenia poprzez radiacyjny mechanizm chłodzący, pozostając przezroczystym przy długościach fal promieniowania słonecznego.”
Australian National University's Andrew Blakers powiedział, że chociaż autorzy tego badania mają solidne podstawy teoretyczne, jest mało prawdopodobne, aby ten model był wykonalny w prawdziwym świecie.
„Niestety w artykule dokonano porównań między specjalnymi strukturami a gołymi ogniwami słonecznymi, a nie z zamkniętymi ogniwami [i] gołymi ogniwami słonecznymi nigdy nie stosuje się w terenie”, powiedział Bakers, który jest dyrektorem Centrum Systemów Energii Zrównoważonej (CECS) w ANU.
„Standardowy szklany superstrat ma wiele funkcji, w tym wytrzymałość, odporność na zarysowania, wytrzymałość strukturalną, odporność na wnikanie wilgoci, przyczepność do EVA / silikonu.
„Szklane podłoże musi zostać porzucone, ponieważ powoduje zbyt duże pasożytnicze pochłanianie promieniowania cieplnego - musiałoby zostać zastąpione podłożem, aby moduł samonośny”.
Profesor nadzwyczajny Ben Powell z University of Queensland powiedział, że chociaż takie podejście jest ekscytującą możliwością, koszt może przeważyć korzyści.
„Jeśli nie da się tego zrobić wystarczająco tanio, to dodatkowa energia elektryczna uzyskana ze wzrostu wydajności i zaoszczędzony koszt wymiany ogniw słonecznych nie zapłaci za powłokę - w takim przypadku nikt nie będzie zainteresowany jej użyciem”, powiedział fizyk .
„To bardzo elegancki i obiecujący pomysł, ale zanim znajdziesz go na dachu, czeka Cię długa droga.”
Mimo to autorzy artykułu są przekonani, że dalszy rozwój jest możliwy. Według Linxiao Zhu kolejnym krokiem jest zastosowanie tych badań do praktycznych zastosowań.
„Zweryfikowaliśmy ten projekt za pomocą niezwykle dokładnych metod numerycznych i pracujemy teraz nad eksperymentalnym pokazaniem pierwszych prototypów” - powiedział.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.
