211service.com
Manipulēšana ar gaismu, lai dubultotu saules enerģijas izvadi
Lielākā daļa saules paneļu pārvērš mazāk nekā 20 procentus no saules gaismas enerģijas, kas uz tiem krīt, elektroenerģijā. Jauns 2,4 miljonu dolāru projekts, ko finansē ASV Enerģētikas progresīvo pētījumu projektu aģentūra, paredz ievērojami palielināt saules gaismas daudzumu, kas kļūst par elektrību. Tās mērķis ir konversijas efektivitāte vairāk nekā 50 procentu apmērā, kas vairāk nekā divas reizes palielinātu enerģijas daudzumu, ko ģenerē noteikta izmēra saules panelis. Tas samazinātu nepieciešamo saules paneļu skaitu uz pusi un, iespējams, padarītu saules enerģiju konkurētspējīgāku ar fosilo kurināmo.
Jaunajā pētniecības darbā Harijs Atvoters, Caltech lietišķās fizikas un materiālu zinātnes profesors, plāno izmantot precīzi strukturētus materiālus, lai sakārtotu saules gaismu astoņās līdz desmit dažādās krāsās un novirzītu tos uz saules baterijām ar pusvadītājiem, kas ir ideāli pieskaņoti katrai krāsai. . Rezultātā tiks absorbēts vairāk saules spektra, un katrā spektra daļā esošā enerģija tiks pārveidota galvenokārt elektrībā, nevis siltumā.
Vispārējā ideja par saules gaismas šķirošanu pēc krāsas nav jauna. Viena pieeja ietver vairāku pusvadītāju materiālu audzēšanu kaudzē — gaisma pārvietojas pa kaudzi, līdz to absorbē pusvadītājs, kas var to efektīvi pārveidot. Šī pieeja ir devusi komerciālas saules baterijas ar efektivitāti, kas pārsniedz 43 procentus. Taču šādu saules bateriju izgatavošanas process ir dārgs, un ierīces jaudu ierobežo sliktākās veiktspējas slānis.
Citi ir mēģinājuši kārtot gaismu dažādās krāsās, izmantojot parastās lēcas, spoguļus un filtrus, taču prototipi ir bijuši apjomīgi un nav sasnieguši ļoti augstu efektivitāti, daļēji optikas neprecizitātes dēļ — ir izrādījies grūti precīzi virzīt pareizo. gaismas viļņu garumi katrai saules baterijai. Ir arī grūti vienā ierīcē sadalīt apgaismojumu vairāk nekā pāris dažādās krāsās.
Tomēr pēdējos gados zinātnieki ir kļuvuši labāki, manipulējot ar gaismu ļoti mazā mērogā, šķirojot to pēc krāsas, notverot to un virzot to no vienas vietas uz otru, izmantojot plānus materiāla slāņus, kuros ir iekļauti sīki elementi, kas bieži vien ir mazāki. nekā gaismas viļņa garums. Atwater plāno izmantot šos sasniegumus, lai precīzi manipulētu ar gaismu un kompaktā plakanā iepakojumā, kas, iespējams, neizskatās tik daudz savādāk nekā parasts saules panelis. Viens slānis tiek sadalīts apgaismojumā, sakārtots pēc krāsas un pēc tam piegādāts otrajā slānī, kurā ir katrai krāsai pieskaņots saules bateriju klāsts.
Šīs pieejas izaicinājums ir tāds, ka neviens neizgatavo šos precīzi strukturētos materiālus lielās platībās un lielos apjomos, kas nepieciešami saules enerģijas nozarē. Bet Atwater salīdzina ierīci ar plakanā ekrāna televizoru, kas pati par sevi ir sarežģīta ierīce manipulēšanai ar gaismu, ar miljoniem tranzistoru dažādu krāsu pikseļu ieslēgšanai un izslēgšanai.
Pirmie, kas iznāca, bija daudzi tūkstoši dolāru, un tiem bija defekti. Tagad jūs varat to iegādāties par mazāk nekā simts dolāriem, kas būtībā ir ideāls, un izmaksas visu laiku samazinās, viņš saka. Plakanie displeji ir piemērs tam, kas ir saules paneļa mērogā, bet ir neticami sarežģītas optoelektroniskās shēmas. Tas, ko mēs piedāvājam, ir primitīvs pēc šī standarta.
Atwater saka, ka ražošanas instrumenti, kas nepieciešami viņa nanostrukturēto materiālu izgatavošanai, sāk nākt tirgū. Tomēr tie paliks dārgi, kamēr ražošanas apjomi būs zemi. Pētnieki arī tuvojas iespējai izgatavot plānas vafeles no dažādiem pusvadītājiem un pārnest tās uz ierīci, piemēram, to, ko viņš ir iecerējis.