Solfangstsystem har potentiale til at generere solenergi 24/7

Den store opfinder Thomas Edison sagde engang:"Så længe solen skinner, vil mennesket være i stand til at udvikle kraft i overflod." Hans var ikke det første store sind, der undrede sig over ideen om at udnytte solens kraft; i århundreder har opfindere overvejet og perfektioneret måden at høste solenergi på.

De har gjort et fantastisk stykke arbejde med fotovoltaiske celler, som omdanner sollys direkte til energi. Og stadig, med al forskningen, historien og videnskaben bag sig, er der grænser for, hvor meget solenergi, der kan høstes og bruges - da dens produktion kun er begrænset til dagtimerne.

En professor ved University of Houston fortsætter den historiske søgen og rapporterer om en ny type solenergi-høstsystem, der slår effektivitetsrekorden for alle eksisterende teknologier. Ikke mindre vigtigt, det baner vejen for at bruge solenergi 24/7.

"Med vores arkitektur kan solenergiens høsteffektivitet forbedres til den termodynamiske grænse," rapporterer Bo Zhao, Kalsi Assistant Professor i maskinteknik og hans doktorgradsstuderende Sina Jafari Ghalekohneh i tidsskriftet Physical Review Applied . Den termodynamiske grænse er den absolut maksimale teoretisk mulige konverteringseffektivitet af sollys til elektricitet.

At finde mere effektive måder at udnytte solenergi er afgørende for overgangen til et kulstoffrit elnet. Ifølge en nylig undersøgelse foretaget af U.S. Department of Energy Solar Energy Technologies Office og National Renewable Energy Laboratory kan solenergi tegne sig for så meget som 40 % af landets elforsyning i 2035 og 45 % i 2050, i afventning af aggressive omkostningsreduktioner, understøttende politikker og storstilet elektrificering.

Hvordan fungerer det?

Traditionelle termofotovoltaiske solceller (STPV) er afhængige af et mellemlag for at skræddersy sollys for bedre effektivitet. Forsiden af ​​mellemlaget (den side, der vender mod solen) er designet til at absorbere alle fotoner, der kommer fra solen. På denne måde omdannes solenergi til termisk energi i mellemlaget og hæver temperaturen i mellemlaget.

Men den termodynamiske effektivitetsgrænse for STPV'er, som længe har været forstået som sortlegemegrænsen (85,4 %), er stadig langt lavere end Landsberg-grænsen (93,3 %), den ultimative effektivitetsgrænse for solenergihøst.

"I dette arbejde viser vi, at effektivitetsunderskuddet er forårsaget af den uundgåelige tilbageemission af det mellemliggende lag mod solen som følge af systemets reciprocitet. Vi foreslår ikke-gensidige STPV-systemer, der udnytter et mellemlag med ikke-gensidige strålingsegenskaber," sagde Zhao. "Sådan et ikke-gensidigt mellemlag kan i væsentlig grad undertrykke sin tilbageemission til solen og tragte mere fotonflux mod cellen. Vi viser, at med en sådan forbedring kan det ikke-gensidige STPV-system nå Landsberg-grænsen, og praktiske STPV-systemer med solcelle med enkelt kryds. celler kan også opleve et betydeligt effektivitetsløft."

Udover forbedret effektivitet lover STPV'er kompakthed og afsendelsesmuligheder (elektricitet, der kan programmeres efter behov baseret på markedets behov).

I et vigtigt applikationsscenarie kan STPV'er kobles med en økonomisk lagringsenhed for termisk energi for at generere elektricitet 24/7.

"Vores arbejde fremhæver det store potentiale af ikke-gensidige termiske fotoniske komponenter i energiapplikationer. Det foreslåede system tilbyder en ny vej til at forbedre ydeevnen af ​​STPV-systemer betydeligt. Det kan bane vejen for, at ikke-gensidige systemer kan implementeres i praktiske STPV-systemer, der i øjeblikket anvendes i kraftværker," sagde Zhao. + Udforsk yderligere

Tidsreverseringsasymmetri overskrider konverteringseffektivitetsgrænsen for solceller