Zelfkoelende, langer meegaande en efficiëntere zonnecellen zijn eenvoudig te bereiken door een dunne laag glas toe te voegen.
Een paper dat vandaag in het online dagboek is gepubliceerd optica schetst een mogelijke oplossing voor betere toegang tot zonne-energie.
Zonnecellen werken door zonne-straling om te zetten in energie. Door dit proces wordt een bepaalde hoeveelheid energieverlies verwacht.
Maar een verrassende hoeveelheid energie gaat verloren door oververhitting van zonnecellen. Dit beperkt het vermogen van de cel om elektriciteit te produceren en vermindert de levensduur.
De hitte verslaan
De onderzoeksteam van Stanford University in Californië vond dat toen een dunne laag van kwartsglas ingebed met piepkleine kegel- en piramidestructuren wordt over de silicium zonnecellen geplaatst, de bedrijfstemperatuur van de cellen daalde dramatisch.
Onder leiding van professor Elektrotechniek Shanhui Fan ontdekten de onderzoekers dat deze glaslaag ongewenste warmte door de atmosfeer en in de ruimte leidt.
Door het verwijderen van overtollige infraroodstraling blijven de zonnecellen koel en zijn ze efficiënter in het omzetten van zonnestralen in energie.
Deze tekening laat zien hoe zonnecellen zichzelf koelen door ongewenste warmtestraling weg te hoeden. De piramidestructuren gemaakt van siliciumdioxideglas bieden een maximale stralingskoeling. L. Zhu / Stanford University
Deze tekening laat zien hoe zonnecellen zichzelf koelen door ongewenste warmtestraling weg te hoeden. De piramidestructuren gemaakt van siliciumdioxideglas bieden een maximale stralingskoeling. L. Zhu / Stanford University
Hoofdauteur op het papier, kandidaat-promovendi Linxiao Zhu, zei dat de ontdekking zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van meer kosteneffectieve zonnepanelen, waardoor ze een betere alternatief voor hernieuwbare energie.
"Verlaging van de temperatuur van zonnecellen leidt tot een hogere operationele efficiëntie," zei Zhu.
"Bovendien leidt een lagere bedrijfstemperatuur voor zonnecellen tot een aanzienlijk langere levensduur, waardoor de genivelleerde energiekosten van een systeem worden verlaagd."
Verminderde energie verminderen
Volgens het artikel ligt de bovengrens van de energieomzettingsefficiëntie voor een enkele siliciumcel rond 33.7%. Naarmate de cel warmer wordt daalt die efficiëntie - ongeveer een half procent voor elke graads verhoging van de temperatuur.
De kosten van actieve methoden voor het koelen van zonnecellen - zoals ventilatie of vloeibare koelvloeistoffen - wegen zwaarder dan de voordelen. Tot nu toe is het verlies aan efficiëntie door oververhitting niet opgelost.
Deze passieve methode werkt door gebruik te maken van de verschillende golflengten van zonnestraling. Zichtbaar licht in het spectrum is het beste om energie te dragen, terwijl infrarood meer warmte afgeeft.
De onderzoekers berekenden dat door de infraroodstraling met behulp van silicaglas "weg te draaien" de warmte naar beneden gaat zonder de hoeveelheid zichtbaar licht die de zonnecel kan absorberen negatief te beïnvloeden.
"We kwamen met een optimaal ontwerp dat bestaat uit microscale silica piramides," zei professor Fan.
"[Dit] maximaliseert beide het koelvermogen via het stralingskoelingsmechanisme, terwijl het transparant blijft op golflengten van zonnestraling."
Australian National University's Andrew Blakers zei dat terwijl de auteurs van deze studie een goede theoretische basis hebben, dit model waarschijnlijk niet haalbaar is in de echte wereld.
"Helaas zijn de vergelijkingen in de paper tussen speciale structuren en kale zonnecellen, in plaats van met ingekapselde cellen [en] worden er nooit zonnecellen ingezet in het veld", zegt Bakers, directeur van het Center for Sustainable Energy Systems. (CECS) bij ANU.
"Het standaard glassuperstrate heeft vele functies, waaronder taaiheid, krasbestendigheid, structurele sterkte, weerstand tegen binnendringen van vocht, hechting op EVA / siliconen.
"Het glassubstraat moet worden verlaten omdat het te veel parasitaire absorptie van thermische straling veroorzaakt - het zou door een substraat vervangen moeten worden om de module zelfdragend te maken."
Universitair hoofddocent Ben Powell van de Universiteit van Queensland zei dat hoewel deze benadering een opwindende mogelijkheid is, de kosten de voordelen kunnen overtreffen.
"Als het niet goedkoop genoeg kan worden gemaakt, dan zal de extra elektriciteit worden gewonnen uit de efficiëntiewinsten en de bespaarde kosten ter vervanging van zonnecellen zullen de coating niet betalen - in welk geval niemand geïnteresseerd zal zijn in het gebruik ervan," zei de fysicus .
"Het is een heel elegant en veelbelovend idee, maar er is nog een lange weg te gaan voordat je dit op je dak vindt."
Desondanks hebben de auteurs van het artikel er vertrouwen in dat toekomstige ontwikkeling mogelijk is. Volgens Linxiao Zhu is de volgende stap het toepassen van dit onderzoek op praktische toepassingen.
"We valideerden dit ontwerp via uiterst nauwkeurige numerieke methoden en zijn nu bezig om de eerste prototypen experimenteel te demonstreren," zei hij.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.
