...

Fotowoltaika nocą

22 kwietnia 2022
Fotowoltaika nocą

A gdyby ogniwa słoneczne działały w nocy? Według Jeremy’ego Mundaya, profesora na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej na University of California Davis, to nie żart.

Fotowoltaika posiada znaczny potencjał ze względu na obfitość energii słonecznej padającej na Ziemię, jednak współcześnie wytwarzanie energii elektrycznej może odbywać się tylko w godzinach dziennych. Aby wyprodukować energię elektryczną po zachodzie słońca, należy rozważyć alternatywną koncepcję fotowoltaiczną, która wykorzystuje ziemię jako źródło ciepła, a nocne niebo jako radiator. W wyniku takiego założenia powstaje „nocne ogniwo fotowoltaiczne”, które wykorzystuje termoradiacyjną fotowoltaikę i koncepcje postępującego pola chłodzenia radiacyjnego. Ta perspektywa wymaga poruszenia zagadnień fotowoltaiki termoradiacyjnej, teoretycznego ograniczenia stosowania tej koncepcji w połączeniu z przestrzenią kosmiczną, potencjału zaawansowanych technik chłodzenia radiacyjnego w celu zwiększenia ich wydajności oraz tematów praktycznych ograniczeń, skalowalności i całkowalności tej nocnej koncepcji fotowoltaicznej.

W rzeczywistości, specjalnie zaprojektowane ogniwo fotowoltaiczne nocą w idealnych warunkach może generować do 50 W mocy na metr kwadratowy. Zgodnie z dokumentem koncepcyjnym profesora Jeremy’ego N. Mundaya i doktoranta Tristana Deepe, jest to około jednej czwartej tego, co konwencjonalny moduł fotowoltaiczny może generować w ciągu dnia. Prof. Munday, który niedawno dołączył do UC Davis z University of Maryland, opracowuje prototypy ogniw słonecznych, które mogą generować niewielkie ilości energii nocą. Naukowcy mają nadzieję na znaczną poprawę mocy wyjściowej i wydajności opracowywanych urządzeń.

Prof. Munday stwierdza, że proces jest podobny do działania normalnego ogniwa słonecznego, ale w odwrotnej kolejności. Obiekt, który ma wyższą temperaturę od otoczenia, będzie emitować ciepło jako światło podczerwone. Konwencjonalne ogniwo słoneczne jest chłodne w porównaniu ze słońcem, więc pochłania światło. Przestrzeń jest bardzo, bardzo zimna, więc jeśli nasz ciepły obiekt skierujemy w niebo, będzie on promieniował w jego stronę ciepłem. Ludzie od setek lat wykorzystują to zjawisko do nocnego chłodzenia. Prof. Munday twierdzi, że w ciągu ostatnich pięciu lat pojawiło się duże zainteresowanie takimi urządzeniami.

Istnieje inny rodzaj urządzenia, zwany komórką termoradiacyjną, która wytwarza energię, wypromieniowując ciepło do otoczenia. Naukowcy badali wykorzystanie ich do wychwytywania ciepła odpadowego z silników. – Zastanawialiśmy się, co by było, gdybyśmy wzięli jedno z tych urządzeń i umieścili je w ciepłym miejscu i skierowali w niebo – powiedział prof. Munday.

Ta termoradiacyjna komórka skierowana na nocne niebo emitowałaby światło podczerwone, ponieważ jest cieplejsze niż przestrzeń kosmiczna. – Zwykłe ogniwo słoneczne wytwarza energię poprzez pochłanianie światła słonecznego, co powoduje pojawienie się napięcia na urządzeniu i przepływ prądu. W tych nowych urządzeniach zamiast tego emitowane jest światło, a prąd i napięcie płyną w przeciwnym kierunku, ale nadal wytwarzają energię – twierdzi prof. Munday. Urządzenie takie będzie działać również w ciągu dnia, jeżeli zablokuje się bezpośrednie padanie światła słonecznego. Ponieważ ten nowy typ ogniwa może potencjalnie działać przez całą dobę, jest to intrygująca opcja zrównoważenia dostaw energii elektrycznej do sieci energetycznej w cyklu dnia i nocy.

Zdjęcie Tristan Deppe/Jeremy Munday: Konwencjonalne ogniwo fotowoltaiczne lub słoneczne (po lewej) pochłania fotony światła słonecznego i generuje prąd elektryczny. Ogniwo termoradiacyjne (po prawej) generuje prąd elektryczny, emitując światło podczerwone (ciepło) w kierunku ekstremalnego zimna przestrzeni kosmicznej.

Źródło: ACS Photonics, University of California

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika