Các tế bào năng lượng mặt trời tự làm mát, lâu dài hơn và hiệu quả hơn là trong tầm tay chỉ bằng cách thêm một lớp kính mỏng.
Một bài báo được công bố ngày hôm nay trên tạp chí trực tuyến quang học phác thảo một giải pháp khả thi để tiếp cận tốt hơn với năng lượng mặt trời.
Pin mặt trời hoạt động bằng cách chuyển đổi bức xạ mặt trời thành năng lượng. Thông qua quá trình này, một lượng năng lượng bị mất nhất định được dự kiến.
Nhưng một lượng năng lượng đáng ngạc nhiên bị mất qua pin mặt trời quá nóng. Điều này giới hạn khả năng sản xuất điện của tế bào và giảm tuổi thọ của nó.
Đánh bại cái nóng
Mô hình Nhóm nghiên cứu từ Đại học Stanford ở California đã phát hiện ra rằng khi một lớp mỏng thủy tinh silica được nhúng với các cấu trúc hình nón và kim tự tháp nhỏ được đặt trên đỉnh của pin mặt trời silicon, nhiệt độ hoạt động của các tế bào giảm đáng kể.
Dẫn đầu bởi Giáo sư Kỹ thuật Điện Shanhui Fan, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lớp thủy tinh này chuyển hướng nhiệt không mong muốn trong khí quyển và vào không gian.
Bằng cách loại bỏ bức xạ hồng ngoại dư thừa, các pin mặt trời giữ mát và hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi các tia năng lượng mặt trời thành năng lượng.
Bản vẽ này cho thấy cách các tế bào năng lượng mặt trời tự làm mát bằng cách che đi bức xạ nhiệt không mong muốn. Các cấu trúc kim tự tháp làm bằng thủy tinh silica cung cấp khả năng làm mát bức xạ tối đa. L. Zhu / Đại học Stanford
Bản vẽ này cho thấy cách các tế bào năng lượng mặt trời tự làm mát bằng cách che đi bức xạ nhiệt không mong muốn. Các cấu trúc kim tự tháp làm bằng thủy tinh silica cung cấp khả năng làm mát bức xạ tối đa. L. Zhu / Đại học Stanford
Tác giả chính của bài báo, ứng cử viên vật lý tiến sĩ Linxiao Zhu, nói rằng phát hiện này có thể dẫn đến việc phát triển các tấm pin mặt trời hiệu quả hơn, làm cho chúng trở nên tốt hơn năng lượng tái tạo thay thế.
Tiết kiệm nhiệt độ của pin mặt trời dẫn đến hiệu quả hoạt động cao hơn, ông Zhu nói.
Hơn nữa, nhiệt độ hoạt động thấp hơn cho pin mặt trời dẫn đến tuổi thọ dài hơn đáng kể, do đó giảm chi phí năng lượng được cân bằng từ một hệ thống.
Giảm năng lượng
Theo bài báo, giới hạn trên của hiệu suất chuyển đổi năng lượng cho một tế bào silicon duy nhất là khoảng 33.7%. Khi tế bào nóng lên, hiệu quả đó giảm xuống - khoảng một nửa phần trăm cho mỗi một mức tăng nhiệt độ.
Chi phí của các phương pháp tích cực để làm mát pin mặt trời - như thông gió hoặc chất làm mát chất lỏng - vượt xa lợi ích. Vì vậy, cho đến nay việc mất hiệu quả do quá nóng vẫn chưa được giải quyết.
Phương pháp thụ động này hoạt động bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau của bức xạ mặt trời. Ánh sáng nhìn thấy trong phổ là tốt nhất trong việc mang năng lượng, trong khi hồng ngoại mang nhiều nhiệt hơn.
Các nhà nghiên cứu tính toán rằng bằng cách loại bỏ bức xạ hồng ngoại bằng cách sử dụng kính silic, nhiệt độ giảm xuống mà không ảnh hưởng tiêu cực đến lượng ánh sáng nhìn thấy mà pin mặt trời có thể hấp thụ.
Giáo sư Fan cho biết, chúng tôi đã đưa ra một thiết kế tối ưu bao gồm các kim tự tháp silica siêu nhỏ.
Cả [Điều này] đều tối đa hóa năng lượng làm mát thông qua cơ chế làm mát bức xạ, trong khi vẫn trong suốt ở bước sóng của bức xạ mặt trời.
Đại học quốc gia Úc Andrew Blakers nói rằng trong khi các tác giả của nghiên cứu này có cơ sở lý thuyết hợp lý, mô hình này khó có thể khả thi trong thế giới thực.
Thật không may, các so sánh trong bài báo là giữa các cấu trúc đặc biệt và pin mặt trời trần, thay vì các tế bào năng lượng mặt trời [và] không bao giờ được triển khai trong lĩnh vực này, theo ông Bakers, Giám đốc Trung tâm Hệ thống năng lượng bền vững (CECS) tại ANU.
Phần cứng Superstrate thủy tinh tiêu chuẩn có nhiều chức năng bao gồm độ bền, chống trầy xước, độ bền cấu trúc, khả năng chống ẩm, bám dính với eva / silicone.
Superstrate thủy tinh phải được bỏ qua vì nó gây ra quá nhiều sự hấp thụ ký sinh của bức xạ nhiệt - nó sẽ phải được thay thế bằng chất nền để làm cho mô-đun tự hỗ trợ.
Phó giáo sư Ben Powell từ Đại học Queensland nói rằng trong khi phương pháp này là một khả năng thú vị, chi phí có thể lớn hơn lợi ích.
Nếu không thể sản xuất đủ rẻ thì tiền điện tăng thêm từ hiệu quả đạt được và chi phí tiết kiệm thay thế pin mặt trời sẽ không phải trả cho lớp phủ - trong trường hợp đó sẽ không có ai quan tâm đến việc sử dụng nó. .
Đây là một ý tưởng rất thanh lịch và đầy hứa hẹn, nhưng còn một chặng đường dài trước khi bạn tìm thấy nó trên mái nhà của bạn.
Mặc dù vậy, các tác giả của bài báo tự tin rằng sự phát triển trong tương lai là có thể. Theo Linxiao Zhu, bước tiếp theo là áp dụng nghiên cứu này vào các ứng dụng thực tế.
Ông đã xác nhận thiết kế này thông qua các phương pháp số cực kỳ chính xác và hiện đang làm việc để chứng minh bằng thực nghiệm các nguyên mẫu đầu tiên, ông nói.
Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.
