Kuinka uusi aurinko- ja valotekniikka voi edistää uusiutuvan energian muunnosta

Kuinka uusi aurinko- ja valotekniikka voi edistää uusiutuvan energian muunnosta
Nykyiset aurinkotekniikat eivät ole tarpeeksi hyviä.
Antonio Garcia Unsplashista, FAL

Halvemman, vihreämmän sähkön kysyntä tarkoittaa, että energiamaisema muuttuu nopeammin kuin missään muussa historian vaiheessa. Tämä pätee erityisesti aurinkoenergialla toimiva sähkö että akun varastointi. Molempien kustannukset ovat laskeneet ennennäkemättömällä vauhdilla viime vuosikymmenen aikana ja energiatehokkaiden tekniikoiden, kuten LED-valaistus ovat myös laajentuneet.

Pääsy halpaan ja kaikkialla läsnä olevaan aurinkoenergiaan ja varastointiin muuttaa tapaa, jolla tuotamme ja käytämme sähköä, mikä mahdollistaa liikennealan sähköistämisen. Meillä on potentiaalia uusille kemiallisille talouksille tallentaa uusiutuvaa energiaa polttoaineinaja tukevat uusia laitteita, jotka muodostavatInternet asioita".

Mutta nykyinen energiateknologiamme ei johda meitä tähän tulevaisuuteen: pian saavutamme tehokkuus- ja kustannusrajat. mahdollisuudet tuleviin vähennyksiin esimerkiksi pii-aurinkosähkön hinta on rajallinen. Kunkin paneelin valmistus vaatii melkoisen määrän energiaa ja tehtaat kallista rakentaa. Ja vaikka tuotantokustannuksia voidaankin supistaa hieman pidemmälle, aurinkosähköasennusten kustannukset ovat nyt hallitsevat extrat - asennus, johdotus, elektroniikka ja niin edelleen.

Tämä tarkoittaa, että nykyiset aurinkosähköjärjestelmät eivät todennäköisesti täytä vaadittua osaa 30 terawatin (TW) globaalista tehovaatimuksestamme (ne tuottavat alle 1 TW tänään) tarpeeksi nopea ilmastonmuutoksen kaltaisten kysymysten käsittelemiseksi.

Samoin nykyiset LED-valaistus- ja näyttötekniikkamme ovat liian kalliita eivätkä ole riittävän hyviä värilaatuja korvaamaan realistisesti perinteisen valaistuksen riittävän lyhyessä ajassa. Tämä on ongelma, koska valaistus on tällä hetkellä 5% maailman hiilidioksidipäästöistä. Uusia tekniikoita tarvitaan tämän aukon täyttämiseksi nopeasti.

Halogenidiperovskiitit

Laboratoriomme Cambridgessä, Englanti, työskentelee lupaavan uuden materiaaliperheen kanssa, joka tunnetaan nimellä halogenidiperovskiitit. Ne ovat puolijohteita, jotka johtavat varauksia, kun niitä stimuloidaan valolla. Perovskite-musteet kerrostetaan lasille tai muoville, jotta saadaan erittäin ohuita kalvoja - noin sadasosa ihmisen hiusleveydestä -, jotka koostuvat metallista, halogenideista ja orgaanisista ioneista. Elektrodikosketinten väliin jäävät nämä kalvot tekevät aurinkokenno tai LED-laitteet.

Hämmästyttävää kyllä, niiden absorboiman tai lähettämän valon väriä voidaan muuttaa yksinkertaisesti säätämällä niiden kemiallista rakennetta. Muuttamalla tapaa kasvattaa niitä voimme räätälöidä ne sopivammiksi absorboimaan valoa (aurinkopaneelille) tai lähettämään valoa (LEDille). Tämä antaa meille mahdollisuuden valmistaa erivärisiä aurinkokennoja ja LEDejä, jotka lähettävät valoa ultraviolettista aina näkyvään ja lähi-infrapunaan asti.


Hanki viimeisin InnerSelfistä


Halpasta ja monipuolisesta käsittelystä huolimatta näiden materiaalien on osoitettu olevan erittäin tehokkaita sekä aurinkokennoina että valonlähteinä. Perovskite-aurinkokennot osuivat 25.2% hyötysuhde vuonna 2019, kuuma kiteisten piikennojen kannoilla 26.7%: lla, ja perovskiitti-LEDit ovat jo lähestyy valmiiden orgaanisten valodiodien (OLED) suorituskyky.

Nämä tekniikat ovat nopeasti kaupallistetaan, erityisesti aurinkokennorintamalla. Isossa-Britanniassa toimiva Oxford Photovoltaics on rakensi tuotantolinjan ja täyttää ensimmäiset ostotilauksensa alussa 2021. Puolalainen Saule Technologies julkaisi prototyyppituotteet vuoden 2018 lopussa, mukaan lukien a perovskiitti aurinko julkisivu pilotti. Kiinalainen valmistaja Microquanta Semiconductor odottaa tuottavansa yli 200,000 neliömetriä paneelien tuotantolinjalla ennen vuoden loppua. Yhdysvaltalainen Swift Solar (yrityksen perustin) on edelläkävijä korkea suorituskyky solut, joilla on kevyet, joustavat ominaisuudet.

Värilliset perovskiitti-valoa säteilevät musteet, jotka voidaan heittää ohuiksi kalvoiksi.Värilliset perovskiitti-valoa säteilevät musteet, jotka voidaan heittää ohuiksi kalvoiksi. © Sandeep Pathak, Tekijä toimitti

Välillä näiden ja muiden yritysten kanssa, edistyminen on nopeaa.

Aurinkoikkunat ja joustavat paneelit

Toisin kuin tavanomaiset piikennot, joiden on oltava erittäin tasaisia ​​korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi, perovskiittikalvot koostuvat mosaiikki “jyvät” erittäin vaihtelevan kokoisia (nanometreistä millimetreihin) ja kemiaa - ja silti ne toimivat lähes yhtä hyvin kuin nykypäivän parhaat piikennot. Lisäksi pienet viat tai vikoja perovskiittikalvoissa eivät aiheuta merkittäviä tehohäviöitä. Tällaiset viat olisivat katastrofaalisia piipaneelille tai kaupalliselle LEDille.

Vaikka yritämme edelleen ymmärtää tätä, nämä materiaalit pakottavat yhteisön kirjoittamaan uudestaan ​​oppikirjan mielestämme ihanteelliseksi puolijohteeksi: niillä voi olla erittäin hyvät optiset ja elektroniset ominaisuudet huolimatta - tai ehkä jopa häiriön takia.

Voisimme hypoteettisesti käyttää näitä materiaaleja tehdäksemme "suunnittelijaksi" värillisiä aurinkokennoja, jotka sulautuvat rakennuksiin tai taloihin, tai aurinkolasit, jotka näyttävät sävylasilta teho.

Mutta todellinen mahdollisuus on kehittää erittäin tehokkaita soluja piikennojen tehokkuuden lisäksi. Esimerkiksi voimme kerrostaa kaksi eriväristä perovskiittikalvoa yhteen "Tandem" aurinkokenno. Jokainen kerros satoisi aurinkospektrin eri alueita lisäämällä solun kokonaistehokkuutta.

Toinen esimerkki on se, mitä Oxford PV on edelläkävijä: perovskiittikerroksen lisääminen tavallisen piikennon päälle, mikä parantaa nykyisen tekniikan tehokkuutta ilman merkittäviä lisäkustannuksia. Nämä tandem-kerrostamismenetelmät voisivat nopeasti luoda a lisätä tehokkuutta aurinkopaneeleista yli 30%, mikä vähentäisi sekä paneeli- että järjestelmäkustannuksia ja vähentäisi samalla myös niiden energiajalanjälki.

Näitä perovskiittikerroksia kehitetään myös joustavien aurinkopaneelien valmistamiseksi, jotka voidaan käsitellä rullaksi kuten sanomalehtipaperi kustannusten vähentäminen. Kevyt, suuritehoinen aurinko avaa myös mahdollisuuksia sähköajoneuvojen ja tietoliikennesatelliittien käyttämiseen.

Joustava perovskiittiprototyyppi aurinkokenno.Joustava perovskiittiprototyyppi aurinkokenno. Plamen Petkov tieteellisestä amerikkalaisesta

LEDeille perovskiitit voivat saavuttaa upeita värin laatu mikä voi johtaa edistyneisiin joustavat näyttötekniikat. Perovskilaiset voisivat myös antaa halvempaa, korkeampaa laatua valkoinen valaistus kuin nykypäivän kaupalliset ledit, joiden maapallon "värilämpötila" voidaan valmistaa antamaan viileä tai lämmin valkoinen valo tai mikä tahansa haluttu sävy niiden välissä. Ne tuottavat myös jännitystä rakennuspalikoina tulevat kvanttitietokoneetSekä Röntgentunnistimet erittäin pieniannoksisen lääketieteellisen ja turvallisen kuvantamisen.

Vaikka ensimmäiset tuotteet ovat jo tulossa markkinoille, haasteita on edelleen. Yksi avainkysymys on mielenosoitus pitkän aikavälin vakaus. Mutta tutkimus on lupaavaa, ja kun nämä on ratkaistu, halogenidiperovskiitit voisivat todella edistää energiantuotannon ja kulutuksen muutosta.Conversation

kirjailijasta

Sam Stranks, energia- ja kuninkaallisen yliopiston yliopiston lehtori, University of Cambridge

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi

Paul Hawken ja Tom Steyer
9780143130444Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon

Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan

Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Kun ilmastonmuutos vaikuttaa jo meille, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä ei ole vain kiireellinen. Se on pelottava haaste, mutta teknologiat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat nykyään olemassa. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat saada meidät matkalla kohti vähähiilistä tulevaisuutta. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yhden kokoiset lähestymistavat eivät yksinkertaisesti tee työtä. Poliittiset päättäjät tarvitsevat selkeän ja kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmaston tulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon

Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto

kirjoittanut Naomi Klein
1451697392In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, että ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

TOIMITTAJAT

InnerSelf-uutiskirje: syyskuu 6, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
Näemme elämän havainnointilinssimme kautta. Stephen R. Covey kirjoitti: "Me näemme maailman, ei sellaisenaan, vaan sellaisena kuin olemme - - tai sellaisena kuin meillä on edellytykset nähdä se." Joten tällä viikolla katsomme joitain…
InnerSelf-uutiskirje: Elokuu 30, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
Tiet, joilla tänään matkustamme, ovat yhtä vanhoja kuin aikoina, mutta ovat meille uusia. Kokemuksemme ovat yhtä vanhoja kuin ajat, mutta ne ovat myös uusia meille. Sama pätee myös…
Kun totuus on niin kauheaa, että se sattuu, toimi
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Kaikkien näinä päivinä tapahtuvien kauhujen keskellä minua inspiroivat loistavat toivonsäteet. Tavalliset ihmiset puolustavat sitä, mikä on oikein (ja väärää vastaan). Baseball-pelaajat,…
Kun selkäsi on seinää vasten
by Marie T. Russell, InnerSelf
Rakastan Internetiä. Nyt tiedän, että monilla ihmisillä on paljon huonoja asioita sanottavaa, mutta rakastan sitä. Aivan kuten rakastan ihmisiä elämässäni - he eivät ole täydellisiä, mutta rakastan heitä joka tapauksessa.
InnerSelf-uutiskirje: Elokuu 23, 2020
by InnerSelfin henkilökunta
Jokainen todennäköisesti voi olla yhtä mieltä siitä, että elämme outoina aikoina ... uusia kokemuksia, uusia asenteita, uusia haasteita. Mutta meitä voidaan rohkaista muistamaan, että kaikki on aina muuttumassa ...