Теперь три инженера из Стэнфорда разработали технологию, улучшающую производительность солнечных панелей за счет использования этого основного явления. Их изобретение отводит тепло, выделяемое солнечным элементом под солнечным светом, и охлаждает его таким образом, чтобы он мог преобразовывать больше фотонов в электричество.Работа Shanhui Fan, профессора электротехники в Стэнфорде, научного сотрудника Aaswath P. Raman и кандидата в докторантуру Linxiao Zhu описана в текущем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.Открытие группы, опробованное на крыше Стэнфорда, решает проблему, которая долгое время преследовала солнечную промышленность: чем горячее становятся солнечные элементы, тем менее эффективными они становятся при преобразовании фотонов света в полезное электричество.
Стэнфордское решение основано на тонком кремнеземном материале с рисунком, уложенном поверх традиционного солнечного элемента. Материал прозрачен для видимого солнечного света, который питает солнечные элементы, но улавливает и излучает тепловое излучение или тепло от инфракрасных лучей.
«Солнечные батареи должны быть обращены к солнцу, чтобы функционировать, даже если это тепло снижает эффективность», — сказал Фан. «Наш тепловой оверлей позволяет солнечному свету проходить, сохраняя или даже увеличивая поглощение солнечного света, но он также охлаждает элемент, излучая тепло и повышая эффективность элемента».Классный способ повысить эффективность использования солнечной энергииВ 2014 году это же трио изобретателей разработало ультратонкий материал, излучающий инфракрасное тепло прямо в космос, не нагревая атмосферу.
Они представили эту работу в Nature, описав ее как «радиационное охлаждение», потому что тепловая энергия направляется прямо в глубокую холодную пустоту космоса.В своей новой статье исследователи применили эту работу для повышения производительности солнечных батарей, когда солнце уже садится.Команда Стэнфорда протестировала свою технологию на изготовленном на заказ солнечном поглотителе — устройстве, которое имитирует свойства солнечного элемента без выработки электричества — покрытом узором в микронном масштабе, предназначенным для максимального отвода тепла в виде инфракрасный свет, в космос. Их эксперименты показали, что покрытие пропускает видимый свет к солнечным элементам, но также охлаждает нижележащий поглотитель на целых 55 градусов по Фаренгейту.
Для типичного солнечного элемента из кристаллического кремния с КПД 20 процентов, охлаждение 55 F повысит абсолютный КПД элемента более чем на 1 процент, и эта цифра представляет собой значительный выигрыш в производстве энергии.Исследователи заявили, что новые прозрачные тепловые накладки лучше всего работают в сухих и чистых условиях, которые также являются предпочтительными местами для больших солнечных батарей.
Они считают, что могут масштабировать вещи так, чтобы коммерческие и промышленные приложения были возможны, возможно, с использованием литографии нанопринтов, которая является распространенной техникой для создания узоров нанометрового масштаба.«Это не обязательно единственный способ», — сказал Раман, соавтор статьи. «Новые технологии и машины для изготовления таких узоров будут продолжать развиваться.
Я настроен оптимистично».Более прохладные автомобили
Чжу сказал, что эта технология имеет значительный потенциал для любого внешнего устройства или системы, требующей охлаждения, но требующей сохранения видимого спектра солнечного света по практическим или эстетическим причинам.«Допустим, у вас есть ярко-красная машина», — сказал Чжу. «Вам действительно нравится этот цвет, но вы также хотели бы воспользоваться всем, что может помочь в охлаждении вашего автомобиля в жаркие дни. Тепловые накладки могут помочь с пассивным охлаждением, но это проблема, если они не полностью прозрачны».
Это потому, что восприятие цвета требует, чтобы объекты отражали видимый свет, поэтому любое наложение должно быть прозрачным или настроено так, чтобы оно поглощало только свет за пределами видимого спектра.«Наше тепловое наложение на фотонных кристаллах оптимизирует использование тепловых частей электромагнитного спектра, не влияя на видимый свет, — сказал Чжу, — поэтому вы можете эффективно излучать тепло, не влияя на цвет».