Transparentna powłoka chłodząca ogniwa PV

Doświadczenie pokazuje, że im bardziej nagrzane są ogniwa słoneczne, tym stają się mniej wydajne w swojej pracy, czyli konwersji światła słonecznego na energię elektryczną. Jest to problem, który od dawna towarzyszy branży fotowoltaicznej. Ostatnie prace inżynierów doprowadziły do opracowania przezroczystej nakładki, która działa chłodząco, zwiększając wydajność pracy paneli, nawet w pełnym słońcu. Koncepcja ta może stanowić kamień milowy w branży i zaowocować zwiększeniem ilości instalacji, dzięki zmniejszeniu wymaganej powierzchni dla uzyskania zakładanej mocy.

Trójka inżynierów ze Stanford przyczyniła się do opracowania technologii, która pozytywnie wpływa na wydajność paneli słonecznych. Ich wynalazek oparty jest o wykorzystanie prostego zjawiska, odprowadza ciepło generowane przez ogniwa słoneczne nagrzane promieniowaniem słonecznym i chłodzi je w sposób. Dzięki temu konwersja energii może zachodzić na większej ilości fotonów, co znacznie podwyższa sprawność tego procesu na jednostce powierzchni modułu.

Fotowoltaika od Columbus Energy

Odkrycie grupy składającej się z profesor inżynierii elektrycznej Shanhui Fan z Uniwersytetu Stanforda, pracownika naukowego Aaswath P. Raman i doktorantki Linxiao Zhu jest obecnie testowane na dachu Uniwersytetu Stanford. Może się ono okazać rozwiązaniem stałego problemu w branży, czyli niską sprawnością urządzeń spowodowaną nagrzewającymi się elementami modułów. Koncepcja naukowców opiera się na użyciu cienkiego, wzorzystego materiału krzemowego, który ułożony jest na tradycyjnym ogniwie słonecznym. Materiał jest transparentny dla pasma widzialnego światła słonecznego, w związku z czym nie wpływa na obniżenie poziomu absorbcji (może natomiast powodować jego wzrost). Powoduje natomiast przechwytywanie i emitowanie promieniowania lub ciepła z pasma podczerwieni, co skutkuje obniżeniem temperatury modułu.

W 2014 roku, ten sam zespół wynalazców opracował ultracienki materiał, który kieruje ciepło z promieniowania podczerwonego bezpośrednio z powrotem do przestrzeni kosmicznej, nie powodując podgrzania atmosfery. Wynalazek nazwali „radiacyjnym chłodzeniem”. W obecnej pracy, naukowcy pragną wykorzystać swoje doświadczenie i zwiększyć wydajność paneli fotowoltaicznych.

Zespół Stanford testuje swoją technologię na wykonanym na zamówienie absorberze słonecznym – urządzeniu, które naśladuje właściwości ogniwa słonecznego bez wytwarzania energii elektrycznej. Powierzchnia urządzenia pokryta jest mikrostrukturą, zaprojektowaną, aby zmaksymalizować możliwość wyrzutu ciepła, w postaci podczerwieni, w przestrzeń. Eksperymenty wykazały, że nakładka przepuszcza promieniowanie widzialne do powierzchni absorbera i jednocześnie chłodzi go do temperatury 55 F (ok. 13°C). Dla typowego ogniwa z krzemu krystalicznego o wydajności 20 proc. taki poziom chłodzenia jest w stanie zapewnić wzrost efektywności o ponad 1 proc., co przekłada się na wzrost produkcji energii.

Urządzenie jest najbardziej wydajne w suchych i czystych warunkach, które jednocześnie są odpowiednie dla instalacji fotowoltaicznych. Nowy wynalazek po etapie testów, może zostać przeniesiony do użytku komercyjnego w branży fotowoltaicznej. Jest to szansa na zwiększenie wydajności pracy ogniw krzemowych i być może obniżenie kosztu produkcji jednostki energii ze Słońca. Według naukowców ich wynalazek wykazuje ogromny potencjał dla każdego urządzenia zewnętrznego lub systemu, który wymaga chłodzenia oraz zachowania dostępu pasma widzialnego promieniowania słonecznego. Zjawisko postrzegania kolorów przez oko ludzkie związane jest z odbijaniem światła widzialnego, kiedy więc nakładka chłodząca nie byłaby przezroczysta, aby nie pochłaniać tego promieniowania. Takie właśnie cechy charakteryzują powłokę chłodzącą opracowaną przez naukowców ze Stanford.