Wielki wynalazca Thomas Edison powiedział kiedyś: „Dopóki świeci słońce, człowiek będzie w stanie rozwinąć moc w obfitości”. Nie był pierwszym wielkim umysłem, który zachwycał się pomysłem wykorzystania mocy słońca; Wynalazcy od wieków zastanawiali się i doskonalili sposób pozyskiwania energii słonecznej.
Wykonali niesamowitą robotę z ogniwami fotowoltaicznymi, które przekształcają światło słoneczne bezpośrednio w energię. A mimo to, biorąc pod uwagę wszystkie badania, historię i naukę, istnieją ograniczenia co do tego, ile energii słonecznej można zebrać i wykorzystać – ponieważ jej wytwarzanie jest ograniczone tylko do dnia.
Profesor University of Houston kontynuuje historyczne poszukiwania, informując o nowym typie systemu pozyskiwania energii słonecznej, który bije rekord wydajności wszystkich istniejących technologii. I nie mniej ważne, toruje drogę do korzystania z energii słonecznej 24/7.
„Dzięki naszej architekturze wydajność pozyskiwania energii słonecznej może zostać zwiększona do granicy termodynamicznej” – informuje Bo Zhao, adiunkt inżynierii mechanicznej Kalsi i jego doktorantka Sina Jafari Ghalekohneh w czasopiśmie Physical Review Applied. Granica termodynamiczna to absolutna maksymalna teoretycznie możliwa wydajność konwersji światła słonecznego na energię elektryczną.
Znalezienie bardziej wydajnych sposobów wykorzystania energii słonecznej ma kluczowe znaczenie dla przejścia na bezemisyjną sieć elektryczną. Według niedawnego badania przeprowadzonego przez Biuro Technologii Energii Słonecznej Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych i Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej, energia słoneczna może stanowić nawet 40% krajowej podaży energii elektrycznej do 2035 r. i 45% do 2050 r., w oczekiwaniu na agresywne redukcje kosztów. polityki i elektryfikacji na dużą skalę.
Jak to działa?
Tradycyjna termofotowoltaika słoneczna (STPV) opiera się na warstwie pośredniej, aby dostosować światło słoneczne w celu uzyskania lepszej wydajności. Przednia strona warstwy pośredniej (strona zwrócona w stronę słońca) jest przeznaczona do pochłaniania wszystkich fotonów pochodzących ze słońca. W ten sposób energia słoneczna jest zamieniana na energię cieplną warstwy pośredniej i podnosi temperaturę warstwy pośredniej.
Ale limit wydajności termodynamicznej STPV, który od dawna uważany jest za limit ciała doskonale czarnego (85,4%), jest nadal znacznie niższy niż limit Landsberga (93,3%), ostateczny limit wydajności pozyskiwania energii słonecznej.
„W tej pracy pokazujemy, że deficyt wydajności jest spowodowany nieuniknioną emisją wsteczną warstwy pośredniej w kierunku słońca wynikającą z wzajemności systemu. Proponujemy nieodwrotne systemy STPV, które wykorzystują warstwę pośrednią o nieodwrotnych właściwościach radiacyjnych” – powiedział. Zhao. „Taka nieodwrotna warstwa pośrednia może znacznie tłumić tylną emisję do Słońca i kierować więcej strumienia fotonów w kierunku komórki.
Pokazujemy, że przy takim ulepszeniu niewzajemny system STPV może osiągnąć limit Landsberga, a praktyczne systemy STPV z jednozłączowymi ogniwami fotowoltaicznymi mogą również doświadczyć znacznego wzrostu wydajności.
Oprócz zwiększonej wydajności, STPV zapewniają kompaktowość i dyspozycyjność (energia elektryczna, którą można zaprogramować na żądanie w oparciu o potrzeby rynku).
W jednym ważnym scenariuszu zastosowania STPV można połączyć z ekonomicznym magazynem energii cieplnej, aby wytwarzać energię elektryczną 24/7.
„Nasza praca podkreśla ogromny potencjał niewzajemnych termicznych komponentów fotonicznych w zastosowaniach energetycznych. Proponowany system oferuje nową drogę do znacznej poprawy wydajności systemów STPV. elektrownie”, powiedział Zhao.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet w Houston. Oryginał napisany przez Laurie Fickman. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.