Самоохлаждающиеся, более долговечные и более эффективные солнечные элементы достигаются простым добавлением тонкого слоя стекла.
Статья, опубликованная сегодня в онлайн-журнале Оптика обрисовывает в общих чертах возможное решение для лучшего доступа к солнечной энергии.
Солнечные элементы работают путем преобразования солнечной радиации в энергию. В результате этого процесса ожидается определенная потеря энергии.
Но удивительное количество энергии теряется из-за перегрева солнечных элементов. Это ограничивает способность клетки вырабатывать электроэнергию и сокращает срок ее службы.
Победить тепло
Компания Исследовательская команда из Стэнфордского университета в Калифорнии обнаружил, что когда тонкий слой кварцевое стекло встроенный с крошечным конусом и пирамидальной структурой поверх кремниевых солнечных элементов, рабочая температура элементов резко упала.
Во главе с профессором электротехники Шаньхуэй Фаном исследователи обнаружили, что этот слой стекла перенаправляет нежелательное тепло через атмосферу и в космос.
Устраняя избыточное инфракрасное излучение, солнечные элементы остаются холодными и более эффективными в преобразовании солнечных лучей в энергию.
Этот рисунок демонстрирует, как солнечные элементы охлаждают себя, скрывая нежелательное тепловое излучение. Пирамидальные структуры из кварцевого стекла обеспечивают максимальную способность к радиационному охлаждению. Л. Чжу / Стэнфордский университет
Этот рисунок демонстрирует, как солнечные элементы охлаждают себя, скрывая нежелательное тепловое излучение. Пирамидальные структуры из кварцевого стекла обеспечивают максимальную способность к радиационному охлаждению. Л. Чжу / Стэнфордский университет
Ведущий автор статьи, кандидат физико-математических наук Линсяо Чжу, сказал, что открытие может привести к разработке более экономичных солнечных панелей, что сделает их лучше альтернатива возобновляемой энергии.
«Понижение температуры солнечных элементов приводит к повышению эффективности работы», - сказал Чжу.
«Кроме того, более низкая рабочая температура для солнечных элементов приводит к значительно более длительному сроку службы, что снижает уровень энергозатрат системы».
Сокращение потерянной энергии
Согласно документу, верхний предел эффективности преобразования энергии для одного кремниевого элемента составляет около 33.7%. Когда элемент нагревается, эффективность снижается - примерно на полпроцента на каждый градус повышения температуры.
Стоимость активных методов охлаждения солнечных элементов, таких как вентиляция или жидкие охлаждающие жидкости, перевешивает преимущества. Таким образом, до сих пор потеря эффективности из-за перегрева не была решена.
Этот пассивный метод работает с использованием различных длин волн солнечного излучения. Видимый свет в спектре лучше всего переносит энергию, в то время как инфракрасный излучает больше тепла.
Исследователи подсчитали, что при «отключении» инфракрасного излучения с использованием кварцевого стекла тепло снижается, не оказывая негативного влияния на количество видимого света, которое может поглотить солнечный элемент.
«Мы придумали оптимальный дизайн, состоящий из микромасштабных кремнеземистых пирамид», - сказал профессор Фан.
«[Это] максимизирует мощность охлаждения посредством механизма радиационного охлаждения, оставаясь прозрачным на длинах волн солнечного излучения».
Австралийский национальный университет Эндрю Блейкерс сказал, что, хотя авторы этого исследования имеют прочную теоретическую основу, эта модель вряд ли будет осуществима в реальном мире.
«К сожалению, сравнение в статье проводится между специальными структурами и открытыми солнечными элементами, а не с капсулированными элементами [и] открытые солнечные элементы никогда не используются в полевых условиях», - сказал Бейкерс, директор Центра устойчивых энергетических систем. (CECS) в АНУ.
«Стандартный стеклянный суперстрат имеет много функций, включая ударную вязкость, устойчивость к царапинам, прочность конструкции, устойчивость к проникновению влаги, адгезию к EVA / силикону.
«Стеклянный суперстрат должен быть исключен, потому что он вызывает слишком большое паразитное поглощение теплового излучения - его придется заменить подложкой, чтобы сделать модуль самонесущим».
Доцент Бен Пауэлл из Университет Квинсленда сказал, что, хотя этот подход является захватывающей возможностью, стоимость может перевесить выгоды.
«Если это невозможно сделать достаточно дешево, то дополнительное электричество, полученное за счет повышения эффективности, и сэкономленные затраты на замену солнечных элементов не будут платить за покрытие - в этом случае никто не будет заинтересован в его использовании», - сказал физик. ,
«Это очень элегантная и многообещающая идея, но прежде чем вы найдете ее на своей крыше, нужно пройти долгий путь».
Несмотря на это, авторы статьи уверены, что дальнейшее развитие возможно. По словам Линсяо Чжу, следующим шагом является применение этого исследования для практического применения.
«Мы утвердили этот дизайн с помощью чрезвычайно точных численных методов и сейчас работаем над экспериментальной демонстрацией первых прототипов», - сказал он.
Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.
