Itsejäähtyvät, pidempään kestävät ja tehokkaammat aurinkokennot ovat saavutettavissa yksinkertaisesti lisäämällä ohut lasikerros.
Paperi, joka julkaistiin tänään verkkolehdessä optica hahmotellaan mahdollista ratkaisua aurinkoenergian saatavuuden parantamiseksi.
Aurinkokennot toimivat muuttamalla aurinkosäteily energiaksi. Tämän prosessin kautta odotetaan tietyn määrän energiahäviötä.
Mutta aurinkokennojen ylikuumeneminen menettää yllättävän määrän energiaa. Tämä rajoittaa solun kykyä tuottaa sähköä ja lyhentää sen käyttöikää.
Lämmitys
- tutkimusryhmä Kalifornian Stanfordin yliopistosta havaitsi, että kun ohut kerros silikalasi piin aurinkokennojen päälle sijoitettuna pienillä kartio- ja pyramidirakenteilla, kennojen käyttölämpötila laski dramaattisesti.
Sähkötekniikan professori Shanhui Fanin johdolla tutkijat havaitsivat, että tämä lasikerros ohjaa toivotun lämmön ilmakehän läpi ja avaruuteen.
Poistamalla ylimääräisen infrapunasäteilyn aurinkokennot pysyvät viileinä ja muuntavat aurinkosäteet energiatehokkaammin.
Tämä piirustus osoittaa, kuinka aurinkokennot jäähtyvät itseään hävittämällä ei-toivottua lämpöä. Piidioksidista valmistetut pyramidirakenteet tarjoavat maksimaalisen säteilyjäähdytyskyvyn. L. Zhu / Stanfordin yliopisto
Tämä piirustus osoittaa, kuinka aurinkokennot jäähtyvät itseään hävittämällä ei-toivottua lämpöä. Piidioksidista valmistetut pyramidirakenteet tarjoavat maksimaalisen säteilyjäähdytyskyvyn. L. Zhu / Stanfordin yliopisto
Lehden pääkirjailija, fysiikan tohtori Linxiao Zhu sanoi, että löytö voi johtaa kustannustehokkaampien aurinkopaneelien kehittämiseen, mikä tekee niistä paremman uusiutuvan energian vaihtoehto.
"Aurinkokennojen lämpötilan alentaminen johtaa suurempaan toimintatehokkuuteen", Zhu sanoi.
"Lisäksi aurinkokennojen alhaisempi käyttölämpötila johtaa huomattavasti pidempään käyttöikään, mikä vähentää järjestelmän energian tasoitettuja kustannuksia."
Hukkaan energian vähentäminen
Lehden mukaan yhden piisolun tehonmuutoshyötysuhteen yläraja on noin 33.7%. Kennon kuumentuessa tehokkuus laskee - noin puoli prosenttia jokaisesta lämpötilan yhden asteen noususta.
Aktiivisten aurinkokennojen jäähdytysmenetelmien - kuten ilmanvaihdon tai nestemäisten jäähdytysnesteiden - kustannukset ovat suuremmat kuin hyödyt. Joten tähän mennessä tehokkuuden menetystä ylikuumenemisen takia ei ole ratkaistu.
Tämä passiivinen menetelmä toimii hyödyntämällä erilaisia auringon säteilyn aallonpituuksia. Näkyvä valo spektrissä kuljettaa parhaiten energiaa, kun taas infrapuna kuluttaa enemmän lämpöä.
Tutkijat laskivat, että "kääntämällä pois" infrapunasäteily piidioksidilla, lämpö laskee vaikuttamatta negatiivisesti näkyvän valon määrään, jonka aurinkokenno voi absorboida.
"Olemme keksineet optimaalisen suunnittelun, joka koostuu mikromittakaavan piidioksidipyramidista", professori Fan sanoi.
"[Tämä] molemmat maksimoi jäähdytystehon säteilevän jäähdytysmekanismin välityksellä, samalla kun se pysyy läpinäkyvänä auringon säteilyn aallonpituuksilla."
Australian kansallisen yliopiston Andrew Blakers sanoi, että vaikka tämän tutkimuksen kirjoittajilla on vakaa teoreettinen perusta, tämä malli ei todennäköisesti ole toteutettavissa todellisessa maailmassa.
"Valitettavasti paperissa tehdyt vertailut tehdään erityisrakenteiden ja paljaiden aurinkokennojen välillä, eikä kapseloitujen kennojen kanssa [ja] paljaita aurinkokennoja ei koskaan käytetä kentällä", sanoi Bakers, joka on Kestävien Energiajärjestelmien Keskuksen johtaja. (CEP) ANUssa.
”Tavallisella lasi-supersteraatilla on monia toimintoja, kuten sitkeys, naarmuuntumisenkestävyys, rakennelujuus, kosteudenkestävyys, tarttuvuus EVA / silikoniin.
"Lasi-supersteraatti on unohdettava, koska se aiheuttaa liikaa lämmön säteilyn loisabsorptiota - se olisi korvattava substraatilla, jotta moduuli pystyisi kannattavaksi."
Apulaisprofessori Ben Powell Queenslandin yliopisto sanoi, että vaikka tämä lähestymistapa on jännittävä mahdollisuus, kustannukset voivat olla suuremmat kuin hyödyt.
"Jos sitä ei voida valmistaa tarpeeksi halvalla, tehokkuusetuista ja aurinkokennojen korvaamisesta säästökustannuksista saatava ylimääräinen sähkö ei maksa pinnoitusta. Tällöin kukaan ei ole kiinnostunut sen käytöstä", fyysikko sanoi. .
"Se on erittäin tyylikäs ja lupaava idea, mutta on vielä pitkä tie kuljettavana, ennen kuin löydät tämän katonsa päältä."
Tästä huolimatta lehden kirjoittajat ovat vakuuttuneita siitä, että tulevaisuuden kehitys on mahdollista. Seuraava askel on Linxiao Zhun mukaan tämän tutkimuksen soveltaminen käytännön sovelluksiin.
"Vahvistimme tämän suunnittelun erittäin tarkkoilla numeerisilla menetelmillä ja pyrimme nyt kokeilemaan ensimmäisiä prototyyppejä", hän sanoi.
Tämä artikkeli julkaistiin alunperin Conversation. Lue alkuperäinen artikkeli.
