Revoluție în domeniul energiei curate! Idee valorificării energiei solare i-a captivat pe inventatori secole la rând. Celulele fotovoltaice, care convertesc lumina solară direct în energie, au făcut progrese semnificative. Cu toate acestea, generarea energiei solare rămâne limitată la anumite ore din zi.
Energie solară, 24 de ore pe zi. Sistem inovator de recoltare a energiei solare
Energie solară, 24 de ore pe zi. Un profesor de la Universitatea din Houston a dezvăluit recent un sistem inovator de recoltare a energiei solare, care depășește recordul de eficiență al tuturor tehnologiilor existente și permite utilizarea energiei solare non-stop.
„Cu arhitectura noastră, eficiența de recoltare a energiei solare poate fi îmbunătățită până la limita termodinamică”, afirmă Bo Zhao, profesor asistent de inginerie mecanică, în revista Physical Review Applied.
Trecerea la o rețea electrică fără carbon necesită modalități mai eficiente de valorificare a energiei solare.
Potrivit unui studiu recent al Departamentului de Energie al SUA pentru Tehnologii Solare și al Laboratorului Național de Energie Regenerabilă, energia solară ar putea reprezenta până la 40% din furnizarea de energie electrică a națiunii până în 2035 și 45% până în anul 2050, în așteptarea reducerilor costurilor, sprijinului și electrificării la scară largă, scrie TheBrighterSide.
Termofotovoltaica și limita corpului negru
Termofotovoltaica solară tradițională (STPV) utilizează un strat intermediar pentru a îmbunătăți eficiența. Acest strat, îndreptat spre soare, absoarbe toți fotonii care intră, transformând energia solară în energie termică și ridicându-i temperatura.
În ciuda acestor progrese, limita de eficiență termodinamică a STPV-urilor a fost blocată la limita corpului negru (85,4%), mult mai mică decât limita finală Landsberg (93,3%).
Limita corpului negru, cunoscută și sub denumirea de limita de radiație a corpului negru sau limita Planck, se referă la cantitatea maximă de radiație termică care poate fi emisă de un corp negru, un corp fizic idealizat care absoarbe toată radiația electromagnetică incidentă și o reemite perfect la fiecare lungime de undă.
Acest concept are rădăcinile în legea lui Planck a radiației corpului negru, care descrie densitatea spectrală a radiației electromagnetice emise de un corp negru în echilibru termic, la o anumită temperatură.
Limita corpului negru este semnificativă în diferite domenii, inclusiv în astrofizică, știința climei și știința materialelor, deoarece stabilește o limită superioară teoretică a radiației termice pe care o poate emite orice obiect.
Este folosit pentru modelarea proprietăților de radiație ale stelelor, planetelor și altor corpuri cerești, precum și în proiectarea detectorilor și emițătorilor de radiații termice.
STPV-urile pot fi combinate cu o unitate de stocare a energiei termice pentru a genera energie electrică 24 de ore din 24
Zhao explică: „Deficitul de eficiență este cauzat de inevitabila emisie înapoi a stratului intermediar către soare din cauza reciprocității sistemului. Propunem sisteme STPV non-reciproce cu un strat intermediar care are proprietăți radiative non-reciproce. Acest strat poate reduce semnificativ emisia către soare și poate direcționa mai mult flux de fotoni către celulă.”
Cu această îmbunătățire, sistemul STPV non-reciproc poate atinge limita Landsberg. Sistemele STPV practice cu celule fotovoltaice cu o singură joncțiune pot avea o creștere semnificativă a eficienței.
În aplicații practice, STPV-urile pot fi combinate cu o unitate economică de stocare a energiei termice pentru a genera energie electrică 24 de ore din 24. Sistemul NSTPV dezvoltat de cercetători atinge limita Landsberg, iar sistemele practice NSTPV cu celule fotovoltaice cu o singură joncțiune înregistrează, de asemenea, o creștere semnificativă a eficienței.
„Lucrarea noastră evidențiază potențialul mare al componentelor fotonice termice nereciproce în aplicațiile energetice”, spune Zhao.
„Sistemul propus oferă o nouă cale de îmbunătățire semnificativă a performanței sistemelor STPV. Poate deschide calea pentru implementarea sistemelor non-reciproce în sisteme STPV practice utilizate în prezent în centralele electrice”, adaugă el.