Снимка: Physical Review Applied
Изследователи от университета в Хюстън работят върху нов тип система за събиране на слънчева енергия, която чупи рекорда за ефективност на всички съществуващи досега технологии. Тя би позволила използването на слънчева енергия 24/7.
„Със сегашната архитектура, ефективността на събиране на слънчева енергия може да бъде подобрена до термодинамичната граница“, казват Bo Zhao, асистент по машинно инженерство в Калси и неговият докторант Sina Jafari Ghalekohneh в списанието Physical Review Applied. Термодинамичната граница е абсолютният максимум на теоретично възможната ефективност на преобразуване на слънчевата светлина в електричество.
Намирането на по-ефективни начини за овладяване на слънчевата енергия е от решаващо значение за прехода към електрическа мрежа без въглерод. Според скорошно проучване на Службата за технологии за слънчева енергия на Министерството на енергетиката на САЩ и Националната лаборатория за възобновяема енергия, слънчевата енергия може да представлява до 40% от доставките на електроенергия на нацията до 2035 г. и 45% до 2050 г.
Как работи?
Традиционните слънчеви термофотоволтаици (STPV) разчитат на междинен слой за адаптиране на слънчевата светлина за по-добра ефективност. Предната страна на междинния слой (страната, обърната към слънцето) е предназначена да абсорбира всички фотони, идващи от слънцето. По този начин слънчевата енергия се преобразува в топлинна енергия в междинния слой и повишава неговата температура.
Границата на термодинамичната ефективност на STPV, която отдавна се приема като „граница на черното тяло“ (85,4%), все още е много по-ниска от границата на Ландсберг (93,3%), която е крайната граница на ефективност за събиране на слънчева енергия.
„В това изследване ние показваме, че дефицитът на ефективност е причинен от неизбежното обратно излъчване на междинния слой към слънцето, произтичащо от реципрочността на системата. Ние предлагаме нереципрочни STPV системи, които използват междинен слой с нереципрочни радиационни свойства“, каза Zhao. „Такъв нереципрочен междинен слой може значително да потисне обратното си излъчване към слънцето и да насочи повече фотонен поток към клетката.“
С такова подобрение нереципрочната STPV система може да достигне границата на Ландсберг, а практичните STPV системи с еднопреходни фотоволтаични клетки могат да изпитат значително повишаване на ефективността.
Освен подобрена ефективност, STPV обещават компактност и възможност за отделяне на електричество, което извличане може да се програмира при поискване въз основа на нуждите на пазара.
STPV могат да бъдат съчетани с икономично устройство за съхранение на топлинна енергия за генериране на електричество 24/7.
Изследователите показаха, че разработената от тях NSTPV система може да достигне границата на Ландсберг:
„Нашата работа показва големият потенциал на нереципрочните топлинни фотонни компоненти в енергийните приложения. Предложената система предлага нов път за значително подобряване на производителността на STPV системите. Това може да проправи пътя за внедряване на нереципрочни системи в практически STPV системи, използвани в електроцентралите в момента“, каза Zhao.