تحصد الأنابيب النانوية الكربونية طاقة الشمس كحرارة لخلايا شمسية أفضل

PV Absorber

يبحث العلم باستمرار عن طرق أكثر فاعلية لجمع كل الطاقة المجانية التي تمطرها الشمس علينا ، لكن الألواح الكهروضوئية التقليدية لا تقطعها ببساطة. تعتمد معظم الخلايا الشمسية على السيليكون ، والذي أثبت أنه متعدد الاستخدامات وغير مكلف. ومع ذلك ، يمكنه فقط امتصاص جزء من الطيف المنبعث من الشمس. ربما يكون الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد طوروا طريقة لجمع تلك الأطوال الموجية الأخرى دون إجراء أي تغييرات جذرية على التصميم الأساسي للألواح الشمسية.

لا يمكن استخدام المادة إلا لتحويل الفوتونات إلى كهرباء عندما يتطابق مستوى طاقة الضوء مع فجوة الحزمة الضوئية للمادة - عتبة امتصاص الفوتونات. يمتص السيليكون جيدًا بالقرب من نهاية الأشعة تحت الحمراء للطيف ، ولكن ليس جيدًا في أماكن أخرى. مفتاح هذه التقنية الجديدة هو أخذ كل الأطوال الموجية للضوء التي لا يستطيع السيليكون امتصاصها ، وتحويلها إلى شيء ما يستطيعتمتص. لملء الفجوات ، استخدم الباحثون مادة جديدة تتكون من مجموعة من الأنابيب النانوية الكربونية متعددة الجدران والبلورات الضوئية.



يقع ممتص الأنابيب النانوية الكربونية كطبقة فوق خلية السيليكون الكهروضوئية. جهاز الامتصاص جيد جدًا في جمع الفوتونات من طيف واسع من الضوء - أوسع بكثير من السيليكون بمفرده. على عكس الخلايا الشمسية العادية ، لا تؤدي هذه العملية على الفور إلى توليد الكهرباء. وبدلاً من ذلك ، ترتفع درجة حرارة المادة الماصة استجابةً للضوء وتوجه تلك الطاقة الحرارية إلى الطبقة البلورية الضوئية ، والتي تتوهج بالضوء بأقصى شدة في منتصف فجوة السليكون.



يسمي الباحثون هذا النوع من النظام بالحرارة الشمسية الحرارية (STPV). إنها ليست فكرة جديدة تمامًا ، ولكن الاهتمام بـ STPV قد تزايد في السنوات الأخيرة لأنها توفر طريقة مجدية للتغلب على الحد النظري لتحويل الطاقة الكهروضوئية النقية - 33.7٪ ، وفقًا لحد Shockley-Queisser. يمكن لخلية STPV ، من الناحية النظرية ، أن تصل إلى 80 ٪ من الكفاءة. لم تتمكن الأنظمة السابقة من الوصول إلى هذا المستوى تقريبًا ، وحتى تصميم MIT القائم على الأنابيب النانوية الكربونية ليس قريبًا. تبلغ كفاءة جهاز الامتصاص والباعث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا 3.2٪ فقط ، ولكن هذا لا يزال أفضل بثلاث مرات من التجارب السابقة.



تعد شدة الضوء العالية أحد متطلبات نظام STPV ، ويعتمد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على هذه التقنية على ضوء الشمس المركّز بحوالي 750 شدة طبيعية. كان هذا الضوء قادرًا على تسخين مادة الامتصاص إلى 962 درجة مئوية. مرة أخرى ، يعد هذا النظام تحسنًا كبيرًا مقارنةً بالماضي - فهو يتطلب إضاءة أقل تركيزًا. يتوقع الفريق أن يتم خفض المتطلبات بشكل كبير لدرجة أن أجهزة المكثف الشمسي الحالية ستكون قادرة على توفير الضوء اللازم.

يعتقد الباحثون أنه مع الضبط المناسب ، التصميم الحالي يمكن أن تصل بسهولة إلى 20٪ كفاءة، مما يجعلها قادرة على المنافسة مع الخلايا الكهروضوئية العادية. يأتي مع ميزة إضافية تتمثل في القدرة على تخزين الضوء الممتص كطاقة حرارية لتوليد الطاقة عند الطلب عندما لا تكون الشمس مشرقة. الخطوة التالية هي زيادة حجم جهاز الامتصاص من الإصدار التجريبي 1 سم إلى إصدار 10 سم. يجب أن تمتص مساحة السطح الأكبر الضوء بشكل أكثر كفاءة وتفقد حرارة أقل في العملية.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com