Το ηλιακό σύστημα συγκομιδής έχει τη δυνατότητα να παράγει ηλιακή ενέργεια 24/7

Ο μεγάλος εφευρέτης Τόμας Έντισον είπε κάποτε: «Όσο ο ήλιος λάμπει, ο άνθρωπος θα μπορεί να αναπτύξει δύναμη σε αφθονία». Δεν ήταν το πρώτο μεγάλο μυαλό που θαύμασε με την ιδέα της αξιοποίησης της δύναμης του ήλιου. Για αιώνες οι εφευρέτες στοχάζονται και τελειοποιούν τον τρόπο συλλογής της ηλιακής ενέργειας.

Έχουν κάνει καταπληκτική δουλειά με φωτοβολταϊκά κύτταρα που μετατρέπουν το ηλιακό φως απευθείας σε ενέργεια. Και παρόλα αυτά, με όλη την έρευνα, την ιστορία και την επιστήμη πίσω από αυτό, υπάρχουν όρια στο πόση ηλιακή ενέργεια μπορεί να συλλεχθεί και να χρησιμοποιηθεί -- καθώς η παραγωγή της περιορίζεται μόνο στην ημέρα.

Ένας καθηγητής του Πανεπιστημίου του Χιούστον συνεχίζει την ιστορική αναζήτηση, αναφέροντας έναν νέο τύπο συστήματος συλλογής ηλιακής ενέργειας που σπάει το ρεκόρ απόδοσης όλων των υπαρχουσών τεχνολογιών. Και όχι λιγότερο σημαντικό, ανοίγει τον δρόμο για τη χρήση της ηλιακής ενέργειας 24/7.

«Με την αρχιτεκτονική μας, η απόδοση συλλογής ηλιακής ενέργειας μπορεί να βελτιωθεί στο θερμοδυναμικό όριο», αναφέρει ο Bo Zhao, Επίκουρος Καθηγητής Μηχανολόγων Μηχανικών Kalsi και η διδακτορική του φοιτήτρια Sina Jafari Ghalekohneh στο περιοδικό.Εφαρμόστηκε η φυσική αναθεώρηση. Το θερμοδυναμικό όριο είναι η απόλυτη μέγιστη θεωρητικά δυνατή απόδοση μετατροπής του ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια.

Η εύρεση πιο αποτελεσματικών τρόπων αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας είναι κρίσιμη για τη μετάβαση σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο χωρίς άνθρακα. Σύμφωνα με μια πρόσφατη μελέτη του Γραφείου Τεχνολογιών Ηλιακής Ενέργειας των ΗΠΑ και του Εθνικού Εργαστηρίου Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, η ηλιακή ενέργεια θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει έως και το 40% της ηλεκτρικής ενέργειας της χώρας έως το 2035 και το 45% έως το 2050, εν αναμονή επιθετικών μειώσεων κόστους, πολιτικές και μεγάλης κλίμακας ηλεκτροκίνηση.

Πώς λειτουργεί?

Τα παραδοσιακά ηλιακά θερμοφωτοβολταϊκά (STPV) βασίζονται σε ένα ενδιάμεσο στρώμα για να προσαρμόσουν το ηλιακό φως για καλύτερη απόδοση. Η μπροστινή πλευρά του ενδιάμεσου στρώματος (η πλευρά που βλέπει στον ήλιο) έχει σχεδιαστεί για να απορροφά όλα τα φωτόνια που προέρχονται από τον ήλιο. Με αυτόν τον τρόπο, η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια του ενδιάμεσου στρώματος και ανεβάζει τη θερμοκρασία του ενδιάμεσου στρώματος.

Αλλά το όριο θερμοδυναμικής απόδοσης των STPV, το οποίο εδώ και πολύ καιρό έχει γίνει κατανοητό ότι είναι το όριο μαύρου σώματος (85,4 τοις εκατό), εξακολουθεί να είναι πολύ χαμηλότερο από το όριο Landsberg (93,3 τοις εκατό), το απόλυτο όριο απόδοσης για τη συλλογή ηλιακής ενέργειας.

"Σε αυτή την εργασία, δείχνουμε ότι το έλλειμμα απόδοσης προκαλείται από την αναπόφευκτη οπίσθια εκπομπή του ενδιάμεσου στρώματος προς τον ήλιο που προκύπτει από την αμοιβαιότητα του συστήματος. Προτείνουμε μη αμοιβαία συστήματα STPV που χρησιμοποιούν ένα ενδιάμεσο στρώμα με μη αμοιβαίες ιδιότητες ακτινοβολίας", είπε. Ζάο. «Ένα τέτοιο μη αμοιβαίο ενδιάμεσο στρώμα μπορεί να καταστείλει ουσιαστικά την πίσω του εκπομπή στον ήλιο και να διοχετεύσει περισσότερη ροή φωτονίων προς το κύτταρο.

Δείχνουμε ότι, με μια τέτοια βελτίωση, το μη αμοιβαίο σύστημα STPV μπορεί να φτάσει το όριο Landsberg και τα πρακτικά συστήματα STPV με φωτοβολταϊκά στοιχεία μίας διασταύρωσης μπορούν επίσης να έχουν σημαντική ώθηση απόδοσης».

Εκτός από τη βελτιωμένη απόδοση, τα STPV υπόσχονται συμπαγή και δυνατότητα αποστολής (ηλεκτρισμός που μπορεί να προγραμματιστεί κατόπιν ζήτησης με βάση τις ανάγκες της αγοράς).

Σε ένα σημαντικό σενάριο εφαρμογής, τα STPV μπορούν να συνδυαστούν με μια οικονομική μονάδα αποθήκευσης θερμικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 24/7.

"Η εργασία μας υπογραμμίζει τις μεγάλες δυνατότητες των μη αμοιβαίων θερμικών φωτονικών συστατικών σε ενεργειακές εφαρμογές. Το προτεινόμενο σύστημα προσφέρει μια νέα οδό για να βελτιώσει σημαντικά την απόδοση των συστημάτων STPV. Μπορεί να ανοίξει το δρόμο για μη αμοιβαία συστήματα που θα εφαρμοστούν σε πρακτικά συστήματα STPV που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής», είπε ο Zhao.

Πηγή ιστορίας:

Το υλικό παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Χιούστον. Πρωτότυπο γραμμένο από τον Laurie Fickman.Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.