يمكن الوصول بسهولة إلى الخلايا الشمسية ذات التبريد الأطول والأطول كفاءة والأكثر فعالية عن طريق إضافة طبقة رقيقة من الزجاج.
ورقة نشرت اليوم في مجلة على الانترنت بصريات الخطوط العريضة لحل ممكن لتحسين الوصول إلى الطاقة الشمسية.
تعمل الخلايا الشمسية عن طريق تحويل الإشعاع الشمسي إلى طاقة. من خلال هذه العملية ، يتوقع حدوث قدر معين من فقدان الطاقة.
ولكن تضيع كمية هائلة من الطاقة من خلال ارتفاع درجة حرارة الخلايا الشمسية. هذا يحد من قدرة الخلية على إنتاج الكهرباء ويقلل من عمرها.
ضرب الحرارة
• فريق البحث من جامعة ستانفورد في كاليفورنيا وجدت أنه عندما طبقة رقيقة من زجاج السيليكا يتم تضمين درجة حرارة التشغيل للخلايا بشكل كبير جزءا لا يتجزأ من الهياكل المخروطية والهرم فوق الجزء العلوي من الخلايا الشمسية السيليكون.
بقيادة البروفيسور في الهندسة الكهربائية Shanhui Fan ، اكتشف الباحثون أن هذه الطبقة من الزجاج تعيد توجيه الحرارة غير المرغوب فيها عبر الغلاف الجوي وفي الفضاء.
من خلال القضاء على الأشعة تحت الحمراء الزائدة ، تبقى الخلايا الشمسية باردة وأكثر كفاءة في تحويل الأشعة الشمسية إلى طاقة.
يوضح هذا الرسم كيف تقوم الخلايا الشمسية بتبريد نفسها من خلال رعاية الإشعاع الحراري غير المرغوب فيه. توفر الهياكل الهرمية المصنوعة من زجاج السيليكا قدرة تبريد إشعاعية قصوى. لام تشو / جامعة ستانفورد
يوضح هذا الرسم كيف تقوم الخلايا الشمسية بتبريد نفسها من خلال رعاية الإشعاع الحراري غير المرغوب فيه. توفر الهياكل الهرمية المصنوعة من زجاج السيليكا قدرة تبريد إشعاعية قصوى. لام تشو / جامعة ستانفورد
وقال لينكسياو تشو ، المرشح الرئيسي لدراسة الفيزياء على الورق ، إن الاكتشاف يمكن أن يؤدي إلى تطوير ألواح شمسية أكثر فعالية من حيث التكلفة ، مما يجعلها أفضل بديل للطاقة المتجددة.
وقال تشو "إن خفض درجة حرارة الخلايا الشمسية يؤدي إلى زيادة كفاءة التشغيل".
"علاوة على ذلك ، تؤدي درجة حرارة التشغيل المنخفضة للخلايا الشمسية إلى إطالة العمر الافتراضي بشكل كبير ، وبالتالي تقليل التكلفة المستقرة للطاقة من النظام."
تخفيض الطاقة المهدرة
وفقًا للورقة ، فإن الحد الأعلى لكفاءة تحويل الطاقة لخلية السيليكون الفردية يبلغ حوالي 33.7٪. مع ارتفاع حرارة الخلية ، تنخفض هذه الكفاءة - حوالي نصف في المائة لكل زيادة درجة واحدة في درجة الحرارة.
تكاليف الطرق النشطة لتبريد الخلايا الشمسية - مثل التهوية أو المبردات السائلة - تفوق الفوائد. حتى الآن لم يتم حل فقدان الكفاءة من خلال ارتفاع درجة الحرارة.
تعمل هذه الطريقة السلبية عن طريق استخدام أطوال موجية مختلفة من الإشعاع الشمسي. إن الضوء المرئي في الطيف هو الأفضل في حمل الطاقة ، بينما تحمل الأشعة تحت الحمراء مزيدًا من الحرارة.
حسب الباحثون أنه "بإبعاد" الأشعة تحت الحمراء باستخدام زجاج السيليكا ، تنخفض الحرارة دون التأثير سلبًا على كمية الضوء المرئي التي يمكن للخلايا الشمسية امتصاصها.
وقال البروفيسور فان: "لقد توصلنا إلى تصميم مثالي يتكون من أهرامات السيليكا المجهرية".
"[هذا] يعمل على زيادة قوة التبريد عبر آلية التبريد الإشعاعي ، مع الحفاظ على الشفافية عند الأطوال الموجية للإشعاع الشمسي."
الجامعة الوطنية الاسترالية أندرو بليكرز قال أنه في حين أن مؤلفي هذه الدراسة لديهم أساس نظري سليم ، من غير المرجح أن يكون هذا النموذج ممكنًا في العالم الحقيقي.
"لسوء الحظ ، فإن المقارنات في الورقة هي بين الهياكل الخاصة والخلايا الشمسية العارية ، وليس مع الخلايا المغلفة [و] الخلايا الشمسية العارية لا يتم نشرها في هذا المجال" ، قال بيكرز ، وهو مدير مركز أنظمة الطاقة المستدامة. (CECS) في ANU.
"يحتوي الهيكل الزجاجي القياسي على العديد من الوظائف بما في ذلك المتانة ، مقاومة الخدش ، القوة الهيكلية ، مقاومة دخول الرطوبة ، التصاق EVA / سيليكون.
"يجب ترك الطبقة الفوقية الزجاجية لأنها تسبب الكثير من الامتصاص الطفيلي للإشعاع الحراري - يجب استبداله بالركيزة لجعل الوحدة تدعم نفسها بنفسها."
أستاذ مشارك بن باول من جامعة كوينزلاند قال إنه في حين أن هذا النهج يمثل احتمالًا مثيرًا ، إلا أن التكلفة قد تفوق الفوائد.
وقال الفيزيائي: "إذا لم يكن بالإمكان تصنيعه بثمن بخس ، فإن الكهرباء الإضافية المكتسبة من مكاسب الكفاءة والتكلفة الموفرة لاستبدال الخلايا الشمسية لن تدفع مقابل الطلاء - وفي هذه الحالة لن يهتم أحد باستخدامه". .
"إنها فكرة أنيقة واعدة للغاية ، ولكن هناك طريق طويل لنقطعه قبل أن تجده على سطح منزلك."
على الرغم من هذا ، فإن مؤلفي الورقة واثقون من أن التطور المستقبلي ممكن. وفقا ل Linxiao تشو فإن الخطوة التالية هي تطبيق هذا البحث على التطبيقات العملية.
وقال "لقد قمنا بالتحقق من صحة هذا التصميم من خلال طرق عددية دقيقة للغاية ونعمل الآن على عرض النماذج الأولية التجريبية".
تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.
