薄いガラス層を追加するだけで、自己冷却、長寿命、そして高効率の太陽電池が手の届く範囲にあります。
今日オンラインジャーナルに発表された論文 オプティカ 太陽エネルギーへのより良いアクセスのための可能な解決策を概説します。
太陽電池は、太陽放射をエネルギーに変換することによって機能します。 このプロセスを通じて、ある程度のエネルギー損失が予想されます。
しかし、太陽電池の過熱によって驚くべき量のエネルギーが失われます。 これにより、セルの電気を生成する能力が制限され、寿命が短くなります。
熱を打つ
世界 研究チーム カリフォルニアのスタンフォード大学の大学院生は、 石英ガラス 小さな円錐形とピラミッド構造で埋め込まれているシリコン太陽電池の上に配置され、セルの動作温度は劇的に低下しました。
電気工学のShanhui Fan教授が率いるこの研究者たちは、このガラスの層が不要な熱を大気から宇宙へと方向を変えることを発見しました。
余分な赤外線を排除することで、太陽電池は冷たいままで、太陽光線をエネルギーに変換するのにより効率的です。
この図は、太陽電池が不要な熱放射を遮断することによってどのように冷却されるかを示しています。 シリカガラス製のピラミッド構造は最大限の放射冷却能力を提供します。 L.チュー/スタンフォード大学
この図は、太陽電池が不要な熱放射を遮断することによってどのように冷却されるかを示しています。 シリカガラス製のピラミッド構造は最大限の放射冷却能力を提供します。 L.チュー/スタンフォード大学
この論文の主執筆者であるPhD物理学の候補Linxiao Zhuは、この発見はより費用効果の高い太陽電池パネルの開発につながり、それらをより良いものにすることができると述べた。 再生可能エネルギー代替.
「太陽電池の温度を下げることは、より高い動作効率につながります」とZhuは言いました。
「さらに、太陽電池の動作温度が低いと寿命が大幅に長くなり、それによってシステムからのエネルギーの平準化コストが削減されます。」
無駄なエネルギーを減らす
この論文によると、単一シリコンセルの電力変換効率の上限はおよそ33.7％です。 電池が加熱されると、その効率は低下します - 温度が1度上昇するごとに約半分のパーセントになります。
太陽電池を冷却するための積極的な方法（換気や液体冷却剤など）のコストは、利益を上回ります。 だから今まで過熱による効率の損失は解決されていません。
この受動的方法は、異なる波長の太陽放射を利用することによって機能する。 スペクトルの可視光はエネルギーを運ぶのに最適ですが、赤外線はより多くの熱を伝えます。
研究者らは、シリカガラスを使用して赤外線を「消す」ことによって、太陽電池が吸収できる可視光の量に悪影響を及ぼすことなく熱が下がると計算しました。
「私たちは、マイクロスケールのシリカピラミッドからなる最適な設計を思いつきました」とファン教授は言いました。
「これは両方とも放射冷却メカニズムによって冷却力を最大化しながら、太陽放射の波長で透明のままです。」
オーストラリア国立大学 Andrew Blakers この研究の著者は確かな理論的根拠を持っているが、このモデルは現実の世界では実現可能性が低いと述べた。
「残念なことに、カプセル化されたセルを使用するのではなく、特殊な構造とベア型太陽電池を比較しています」と、持続可能エネルギーシステムセンターのディレクターを務めるベイカーズ氏は言います。 （CECSANUで）
「標準的なガラススーパーストレートには、靭性、耐引っかき性、構造強度、耐湿性、EVA /シリコンへの接着性など、多くの機能があります。
「ガラススーパーストレートは、熱放射の寄生吸収が大きすぎるため、使用しないでください。モジュールを自立させるには、基板に置き換える必要があります。」
ベン・パウエル准教授より クイーンズランド大学 このアプローチはエキサイティングな可能性ですが、コストが利益を上回る可能性があると述べました。
「それを十分に安くすることができなければ、効率の向上から得られる余分な電気と太陽電池に代わる節約されたコストはコーティングの代金を払わないでしょう。 。
「これは非常にエレガントで有望なアイデアですが、屋根の上に見つけるまでには長い道のりがあります。」
それにもかかわらず、この論文の著者は将来の開発が可能であると確信しています。 Linxiao Zhu氏によると、次のステップはこの研究を実用化することです。
「我々は非常に正確な数値的方法でこの設計を検証し、そして現在最初のプロトタイプを実験的に実証するために働いています」と彼は言った。
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