Hệ thống thu hoạch năng lượng mặt trời có tiềm năng tạo ra năng lượng mặt trời 24/7
bởi Laurie Fickman, Đại học Houston
(a) Minh họa về STPV truyền thống và (b) STPV không theo chu kỳ. Chất hấp thụ của STPV truyền thống có bức xạ ngược về phía mặt trời. Trong STPV không theo chu kỳ, sự phát xạ ngược từ lớp trung gian bị triệt tiêu, và nhiều năng lượng đến được hướng về phía tế bào. Các hành vi không liên kết của lớp trung gian có thể được thực hiện chọn lọc bước sóng. Nhà cung cấp hình ảnh: Sina Jafari Ghalekohneh và cộng sự, Đánh giá vật lý được áp dụng (2022). DOI: 10.1103 / PhysRevApplied.18.034083
Nhà phát minh vĩ đại Thomas Edison từng nói: “Chỉ cần mặt trời chiếu sáng, con người sẽ có thể phát huy sức mạnh dồi dào”. Ông không phải là bộ óc vĩ đại đầu tiên kinh ngạc về khái niệm khai thác sức mạnh của mặt trời; Trong nhiều thế kỷ, các nhà phát minh đã cân nhắc và hoàn thiện cách thu hoạch năng lượng mặt trời.
Họ đã thực hiện một công việc đáng kinh ngạc với các tế bào quang điện, có thể chuyển đổi ánh sáng mặt trời trực tiếp thành năng lượng. Và vẫn còn, với tất cả các nghiên cứu, lịch sử và khoa học đằng sau nó, có những giới hạn về số lượng năng lượng mặt trời có thể được thu hoạch và sử dụng — vì việc phát điện chỉ được giới hạn vào ban ngày.
Một giáo sư của Đại học Houston đang tiếp tục nhiệm vụ lịch sử, báo cáo về một loại hệ thống thu hoạch năng lượng mặt trời mới, phá vỡ kỷ lục hiệu quả của tất cả các công nghệ hiện có. Không kém phần quan trọng, nó dọn đường cho việc sử dụng năng lượng mặt trời 24/7.
"Với kiến trúc của chúng tôi, hiệu suất thu năng lượng mặt trời có thể được cải thiện đến giới hạn nhiệt động lực học", Bo Zhao, Trợ lý Giáo sư kỹ thuật cơ khí của Kalsi và nghiên cứu sinh tiến sĩ Sina Jafari Ghalekohneh trên tạp chí Physical Review Applied, báo cáo. Giới hạn nhiệt động lực học là hiệu suất biến đổi lớn nhất có thể về mặt lý thuyết về mặt lý thuyết của ánh sáng mặt trời thành điện năng.
Tìm ra những cách hiệu quả hơn để khai thác năng lượng mặt trời là rất quan trọng để chuyển đổi sang lưới điện không có carbon. Theo một nghiên cứu gần đây của Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, năng lượng mặt trời có thể chiếm tới 40% nguồn cung điện của quốc gia vào năm 2035 và 45% vào năm 2050, trong khi chờ giảm chi phí tích cực, hỗ trợ chính sách và điện khí hóa quy mô lớn.
Làm thế nào nó hoạt động?
Nhiệt điện mặt trời truyền thống (STPV) dựa vào một lớp trung gian để điều chỉnh ánh sáng mặt trời cho hiệu quả tốt hơn. Mặt trước của lớp trung gian (mặt đối diện với mặt trời) được thiết kế để hấp thụ tất cả các photon đến từ mặt trời. Bằng cách này, năng lượng mặt trời được chuyển thành nhiệt năng của lớp trung gian và nâng cao nhiệt độ của lớp trung gian.
Nhưng giới hạn hiệu suất nhiệt động lực học của STPV, từ lâu được hiểu là giới hạn vật đen (85,4%), vẫn thấp hơn nhiều so với giới hạn Landsberg (93,3%), giới hạn hiệu suất cuối cùng để thu năng lượng mặt trời.
"Trong công trình này, chúng tôi chỉ ra rằng sự thiếu hụt hiệu quả là do sự phát xạ ngược không thể tránh khỏi của lớp trung gian đối với mặt trời do tác động qua lại của hệ thống. Chúng tôi đề xuất các hệ thống STPV không theo quy luật sử dụng lớp trung gian có các đặc tính bức xạ không theo quy luật", cho biết Triệu. "Lớp trung gian không có kết tủa như vậy về cơ bản có thể ngăn chặn đáng kể sự phát xạ ngược của nó đối với mặt trời và tạo ra nhiều thông lượng photon hơn về phía tế bào. Chúng tôi cho thấy rằng với sự cải tiến như vậy, hệ thống STPV không có phần tử có thể đạt đến giới hạn Landsberg và các hệ thống STPV thực tế với quang điện một điểm tiếp giáp tế bào cũng có thể tăng hiệu quả đáng kể. "
Bên cạnh việc cải thiện hiệu quả, STPV hứa hẹn sự nhỏ gọn và khả năng chuyển đổi (điện có thể được lập trình theo yêu cầu dựa trên nhu cầu của thị trường).
Trong một kịch bản ứng dụng quan trọng, STPV có thể được kết hợp với một bộ lưu trữ năng lượng nhiệt tiết kiệm để tạo ra điện 24/7.
"Công trình của chúng tôi làm nổi bật tiềm năng to lớn của các thành phần quang tử nhiệt không có hàm lượng trong các ứng dụng năng lượng. Hệ thống được đề xuất cung cấp một lộ trình mới để cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống STPV. Nó có thể mở đường cho các hệ thống không liên kết được triển khai trong các hệ thống STPV thực tế hiện đang được sử dụng trong Zhao nói.
