Разработана солнечная батарея, работающая 24/7
Это главная проблема солнечных батарей — им нужны мощные аккумуляторы, чтобы запасать энергию на ночь. Ученые сделали важный к решению этой проблемы
Ученые Хьюстонского университета сообщили о новой системе сбора солнечной энергии, которая бьет рекорды эффективности среди всех существующих технологий и позволяет использовать солнечную энергию круглосуточно и без выходных.
«При нашей архитектуре эффективность сбора солнечной энергии может быть улучшена до термодинамического предела», — говорит ведущий автор работы Бо Чжао.
Поиск более эффективных способов использования солнечной энергии имеет решающее значение для перехода к безуглеродной электрической сети.
Как это работает?
Традиционные солнечные термофотоэлектрические элементы (STPV) используют промежуточный слой, чтобы собирать солнечный свет для повышения эффективности. Лицевая сторона промежуточного слоя (сторона, обращенная к солнцу) предназначена для поглощения всех фотонов, исходящих от солнца. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в тепловую энергию промежуточного слоя и повышает его температуру.
Но предел термодинамической эффективности STPV, который долгое время считался пределом черного тела (85,4%), все еще намного ниже предела Ландсберга (93,3%), который является теоретически достижимой предельной эффективностью для сбора солнечной энергии в STPV.
«В этой работе мы показываем, что дефицит эффективности вызван неизбежным обратным излучением промежуточного слоя. Мы предлагаем нереципрокные системы STPV, в которых используется промежуточный слой с нереципрокными радиационными свойствами», — говорит Чжао. «Такой промежуточный слой может существенно снизить обратное излучение к Солнцу и направить весь поток фотонов к ячейке. Мы показываем, что с таким улучшением нереципрокная система STPV может достичь предела Ландсберга, а практические системы STPV также могут получить значительный прирост эффективности».
Примером реципрокного (взаимного) слоя является обычное зеркало: падающие лучи отражаются практически полностью, и зеркало почти не нагревается. Нереципрокная пластина, которую используют Чжао и его коллеги — это своего рода антизеркало (физики называют его «абсолютно черное тело»): она вообще ничего не отражает, а весь поток полученных фотонов передает фотоэлектрической ячейке. Но для такого антизеркала нужны специфичные материалы, которые ученые и использовали.
Помимо повышения эффективности, нереципрокные STPV замечательны тем, что их можно объединить с экономичным накопителем тепловой энергии. Он будет подавать ночью накопленное за день тепло, и фотоэлектрическая ячейка продолжит работу, не на солнечном свете, а на тепловом излучении.
«Наша работа подчеркивает большой потенциал нереципрокных тепловых фотонных компонентов в энергетических приложениях. Предлагаемая система предлагает новый путь для значительного улучшения характеристик систем STPV. Она может проложить путь для реализации новых STPV, вместо используемых в настоящее время на электростанциях», — говорит Чжао.
