Самоохолоджуючі, триваліші та ефективніші сонячні батареї доступні, просто додаючи тонкий шар скла.
Документ, опублікований сьогодні в інтернет-журналі Optica окреслює можливе рішення для кращого доступу до сонячної енергії.
Сонячні клітини працюють шляхом перетворення сонячної радіації в енергію. Через цей процес очікується певна кількість втрат енергії.
Але дивовижна кількість енергії втрачається через перегрівання сонячних батарей. Це обмежує здатність клітини виробляти електроенергію і скорочує її термін експлуатації.
Збиття тепла
повне г, повне г,, показали, від, номер, XNUMX дослідна група зі Стенфордського університету в Каліфорнії встановили, що при тонкому шарі силікатне скло вбудована крихітними конусоподібними і пірамідними структурами розміщена над вершиною кремнієвих сонячних батарей, робоча температура клітин різко знизилася.
Під керівництвом професора електротехніки Шанхуя Фана, дослідники виявили, що цей шар скла перенаправляє небажане тепло через атмосферу і в космос.
Усуваючи надлишок інфрачервоного випромінювання, сонячні батареї залишаються прохолодними та ефективнішими при перетворенні сонячних променів в енергію.
Цей малюнок демонструє, як сонячні батареї охолоджуються, відводячи небажане теплове випромінювання. Пірамідні конструкції із силікатного скла забезпечують максимальну радіаційну здатність охолодження. Л. Чжу / Стенфордський університет
Цей малюнок демонструє, як сонячні батареї охолоджуються, відводячи небажане теплове випромінювання. Пірамідні конструкції із силікатного скла забезпечують максимальну радіаційну здатність охолодження. Л. Чжу / Стенфордський університет
Провідний автор доповіді, кандидат кандидат фізичних наук Лінціао Чжу, сказав, що відкриття може призвести до розробки більш економічно вигідних сонячних батарей, що робить їх кращими альтернатива відновлюваної енергії.
"Зниження температури сонячних батарей призводить до підвищення ефективності роботи", - сказав Чжу.
"Крім того, нижча робоча температура для сонячних батарей призводить до значно більшого терміну експлуатації, тим самим зменшуючи вирівнювані витрати енергії в системі".
Зменшення витраченої енергії
Згідно з документом, верхня межа ефективності перетворення потужності для однієї силіконової комірки становить близько 33.7%. У міру нагрівання клітини ця ефективність знижується - приблизно на пів відсотка за кожне підвищення температури.
Витрати на активні методи охолодження сонячних батарей - такі як вентиляція або рідкі теплоносії - переважають за переваги. Тож втрата працездатності через перегрів досі не була усунена.
Цей пасивний метод працює за допомогою різних довжин хвиль сонячного випромінювання. Видиме світло в спектрі найкраще переносить енергію, тоді як інфрачервоне світло переносить більше тепла.
Дослідники підрахували, що, відвертаючи інфрачервоне випромінювання за допомогою силікатного скла, тепло знижується, не впливаючи негативно на кількість видимого світла, яке сонячна клітина може поглинати.
"Ми придумали оптимальну конструкцію, що складається з пірамід кремнію з мікромасштабами", - сказав професор Фан.
"[Це] максимально збільшує потужність охолодження через радіаційний механізм охолодження, залишаючись прозорим при довжині хвилі сонячного випромінювання."
Національний університет Австралії Ендрю Блейкерс сказав, що, хоча автори цього дослідження мають надійну теоретичну основу, ця модель навряд чи буде реальною у реальному світі.
"На жаль, порівняння в роботі відбувається між спеціальними структурами та оголеними сонячними елементами, а не з інкапсульованими елементами [і]. Голі сонячні батареї ніколи не розгортаються в полі", - сказав Бейкерс, який є директором Центру стійких енергетичних систем (CECS) в АНУ.
«Стандартна скляна підкладка має багато функцій, включаючи в'язкість, стійкість до подряпин, міцність конструкції, стійкість до попадання вологи, адгезію до EVA / силікону.
"Скляний суперстрах повинен бути відпущений, оскільки він викликає занадто багато паразитичного поглинання теплового випромінювання - його доведеться замінити підкладкою, щоб зробити модуль самонесучим".
Доцент Бен Пауелл з Університет Квінсленда сказав, що хоча такий підхід є захоплюючою можливістю, вартість може перевершити переваги.
"Якщо його неможливо зробити досить дешевим, то додаткова електроенергія, отримана завдяки підвищенню ефективності, і заощаджена вартість заміни сонячних батарей не покриє покриття - і в цьому випадку ніхто не буде зацікавлений у використанні", - сказав фізик .
"Це дуже елегантна та багатообіцяюча ідея, але перед тим, як знайти це на своєму даху, потрібно пройти довгий шлях".
Незважаючи на це, автори статті впевнені, що можливий розвиток у майбутньому. За словами Лінціао Чжу, наступним кроком є застосування цього дослідження до практичних застосувань.
"Ми затвердили цю конструкцію надзвичайно точними числовими методами і зараз працюємо над тим, щоб експериментально продемонструвати перші прототипи", - сказав він.
Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.
