یک تغییر ساده در طراحی سلول های خورشیدی می تواند آنها را کارآمدتر از همیشه کند

آمیا پالجا 04 اکتبر 2022 -بیلانول/آی استوک- تصویر (الف) STPV سنتی و (ب) STPV غیر متقابل

تیمی از محققان دانشگاه هیوستون نوع جدیدی از سیستم برداشت انرژی خورشیدی را اختراع کرده‌اند که رکورد بهره‌وری تمام فناوری‌های موجود را شکسته است و می‌تواند روزی برای استفاده از انرژی خورشیدی 24/7 مستقر شود.

انرژی خورشیدی فراوان ترین نوع انرژی تجدیدپذیر در دسترس ماست. پیشرفت‌ها در سیستم‌های برداشت انرژی خورشیدی به این معنی است که ما می‌توانیم درصد مناسبی از نور خورشیدی را که روی زمین دریافت می‌شود برداشت کنیم و تلاش‌ها برای افزایش هر روز این تعداد ادامه دارد.

ماه گذشته، Interesting Engineering گزارش داد که چگونه بهبود استفاده از پروسکایت ها برای ساخت سلول های خورشیدی می تواند به ما کمک کند سد تبدیل انرژی 30 درصدی سلول های خورشیدی را بشکنیم. اکنون، تحقیقات انجام شده در دانشگاه هیوستون، استفاده از سلول های خورشیدی را در تمام ساعات شبانه روز باز می کند.

ترموفتوولتائیک های خورشیدی که به طور معمول استفاده می شوند (STPV) با ترفندهای خاصی برای بهبود کارایی طراحی شده اند. یکی از آنها استفاده از یک لایه میانی است که نور خورشید را بر روی سلول خورشیدی تنظیم می کند.

قسمت جلویی این لایه به گونه ای طراحی شده است که تمام فوتون های خورشید را جذب می کند که آن را به انرژی گرمایی تبدیل کرده و دمای لایه میانی را بالا می برد. محدودیت برای چنین تبدیلی برای STPV ها 85.4 درصد در نظر گرفته شده است. با این حال، این فاصله هنوز با حد 93.3 درصد لندسبرگ فاصله دارد که حد مطلق برداشت انرژی خورشیدی در نظر گرفته می شود.

محقق بو ژائو، استادیار مهندسی مکانیک در دانشگاه، پیشنهاد کرد که انتشار غیرقابل اجتناب از پشت از لایه میانی مسئول کسری کارایی است که می‌تواند با استفاده از یک سیستم STPV غیر متقابل بهبود یابد.

یک تغییر ساده در طراحی سلول های خورشیدی می تواند آنها را کارآمدتر از همیشه کند.

محققان نشان دادند که چنین سیستمی می تواند با ساختن لایه میانی با موادی که دارای خواص تابشی غیر متقابل است ساخته شود. مانند STPV فوتون‌های بیشتری را به سمت سلول هدایت می‌کند و به طور قابل‌توجهی انتشار پشت به خورشید را کاهش می‌دهد.نتیجه یک STPV بود که به دستیابی به حد لندسبرگ و افزایش شانس ساخت سلول‌های فتوولتائیک تک پیوند نزدیک‌تر بود و در نتیجه کارایی سیستم را بیشتر می‌کرد.

چنین STPV هایی فشرده تر هستند و همچنین می توانند با یک واحد ذخیره سازی انرژی حرارتی برای تولید برق 24/7 ترکیب شوند. ساخت و استفاده از این سیستم در مقایسه با طرح‌هایی برای قرار دادن آینه‌ها در فضا برای دسترسی به انرژی خورشیدی در شب و انتقال به یک شبکه الکتریکی بدون کربن بسیار آسان‌تر خواهد بود.

بر اساس تخمین‌های دفتر فناوری‌های انرژی خورشیدی در وزارت انرژی ایالات متحده، انرژی خورشیدی می‌تواند تا سال 2050 حدود 45 درصد از تامین برق ایالات متحده را به خود اختصاص دهد. یک سیستم STPV غیرمتقابل می‌تواند این تعداد و محدودیت شدید مرتبط با آن را به شدت افزایش دهد. با انرژی خورشیدی از بین می رود.

یافته های تحقیق ماه گذشته در مجله Physical Review Applied منتشر شد.