Sollystragt opsamler lys fra alle retninger

Forskere har designet en lysindsamlingstragt, der absorberer sollys fra enhver retning og koncentrerer det på mindre områder, såsom højtydende solceller. Ved at stable flere tragte, hver indstillet til en forskellig bølgelængde af lys, forskerne forventer, at det kan lade sig gøre at omdanne hele solspektret til elektricitet med høj effektivitet.

Forskerne, ledet af Peter Jomo Walla ved universitetet i Braunschweig i Tyskland, har udgivet et papir om lysindsamlingstragtene i et nyligt nummer af Naturkommunikation .

Selvom der findes andre solkoncentratorer, som samler solens energi fra store områder og leder den ind på mindre områder, disse enheder står over for visse begrænsninger. For eksempel, de fungerer ikke godt i skyggen, i stedet kræver direkte solbestråling, og som et resultat er de normalt afhængige af aktive solsporingssystemer.

Naturen har vist, imidlertid, at det ikke er umuligt at designe en solfanger, der overvinder disse begrænsninger. I levende organismer, der bruger fotosyntese, hundredvis af tilfældigt orienterede pigmenter absorberer fotoner selv fra indirekte lys, og kan lede energien mod et fotosyntetisk reaktionscenter. Hvert trin i denne proces sker med næsten 100 % effektivitet.

I den nye undersøgelse, forskerne modellerede de nye lysindsamlingstragte efter naturens design. Enhederne består af et stort antal tilfældigt orienterede "donor"-pigmenter, der kan absorbere lys fra næsten alle indfaldsvinkler, og tragt det på et mindre antal "acceptor"-molekyler, der alle er orienteret i en enkelt retning for at rette lyset ind på en fotokonverteringsenhed. Dette koncept kan reducere de iboende tab fra tidligere solenergikoncentratorer til under 10 %.

"Ved at minimere de iboende tabsmekanismer fra tidligere lyskoncentratorer, Jeg tror på, at vi har fundet et koncept og en overkommelig realisering, der kan være med til at føre til en mere udbredt brug af dyrebare højtydende solceller, " fortalte Walla Phys.org .

I test, forskerne viste, at den nye solkoncentrator absorberer cirka 99 % af det indfaldende lys, med minimale tab på grund af reabsorption og refleksion. Enheden har også en lysomdirigeringskvanteeffektivitet på 80 %, hvilket forskerne bemærker er den vigtigste parameter, da den afhænger af fotonernes særlige bølgelængde.

I fremtiden, forskerne forventer, at disse enheder kan stables oven på hinanden, med hver enhed, der indeholder forskellige pigmenter svarende til forskellige spektrale områder af sollys. Da enhedens materialer er overkommelige, en stablet struktur kan føre til lave omkostninger, effektiv metode til at indsamle solens energi fra hele solspektret.

"Pigmenterne, der bruges i vores proof-of-principle-undersøgelse, dækker i øjeblikket kun det blå spektralområde og er ikke stabile nok til langvarig eksponering for sollys, " sagde Walla. "Men, vores koncept giver mulighed for at screene et væld af yderligere stabile pigmenter af forskellige farver for deres evne til at fungere enten som lys-høster eller lys-redirectorer. Vi er meget begejstrede for at finde yderligere egnede pigmenter og stablede arkitekturer for i sidste ende at dække hele solspektret med høj effektivitet."

© 2018 Phys.org