Energia ze słońca przez całą dobę. Naukowcy przesunęli granicę wydajności

To może być przełomowy krok dla energii odnawialnej. Naukowcy University of Houston znaleźli rozwiązanie pozwalające znacznie zwiększyć wydajność produkcji energii ze słońca. Ma to kluczowe znaczenie dla przejścia na bezemisyjną sieć elektryczną - pisze portal Science Daily.

Tym, co ma zapewnić rekordowe pozyskanie energii, są tak zwane "nieodwrotne systemy STPV". Jak wyjaśniają Bo Zhao, adiunkt inżynierii mechanicznej, oraz doktorantka Sina Jafari Ghalekohneh na łamach czasopisma "Physical Review Applied", chodzi o ograniczenie emisji fotonów z powrotem w stronę słońca i, co za tym idzie, ograniczenie utraty energii. 

Aby temu zapobiec, naukowcy stworzyli specjalną warstwę w ogniwach fotowoltaicznych, która ma zwiększyć możliwości pozyskiwania energii ze słońca. - Dzięki naszej architekturze wydajność pozyskiwania energii słonecznej może zostać podniesiona do granicy termodynamicznej (to maksymalna teoretycznie możliwa wydajność zamiany światła słonecznego na energię elektryczną - przyp. red.) - przekonują autorzy badań.

Jak to ma działać? Otóż obecnie stosowane rozwiązania w termofotowoltaice słonecznej (tzw. STPV) wykorzystują tzw. warstwę pośrednią. Jej przednia strona - ta zwrócona do słońca - ma za zadanie pochłaniać wszystkie docierające do niej fotony. W ten sposób energia słoneczna jest zamieniana na energię cieplną, która później absorbowana jest przez komórki do wytwarzania energii elektrycznej.

Probelem są realne możliwości. Do tej pory uważano, że w termodynamicznej STPV granicą są możliwości pochłaniania fotonów przez "ciało doskonale czarne", czyli poziom 85,4 proc. To jednak znacznie mniej niż tzw. limit Landsberga, a więc ostateczna granica wydajności pozyskiwania energii słonecznej, wynosząca 93,3 proc.

Jak wyjaśnia Zhao, utrata wydajności wiąże się z nieodzowną emisją wsteczną owej warstwy pośredniej w kierunku słońca, która wynika ze wzajemności systemu. Dlatego też naukowcy stworzyli tak zwany system nieodwrotny.

Taka nieodwrotna warstwa pośrednia może znacznie tłumić tylną emisję do Słońca i kierować więcej strumienia fotonów w kierunku komórki - tłumaczy naukowiec na łamach "Physical Review Applied". Przy takim ulepszeniu niewzajemny system STPV może osiągnąć limit Landsberga.

Wykorzystanie niewzajemnych termicznych komponentów fotowoltaicznych może otworzyć drogę do korzystania z energii słonecznej przez całą dobę. Ulepszone STPV można bowiem połączyć z ekonomicznym magazynem energii cieplnej, a wówczas energia słoneczna byłaby dostępna przez 24 godziny na dobę.

- Proponowany system otwiera nową drogę do znacznej poprawy wydajności elektrowni opartych na systemach STPV - zapowiedział Zhao.