Zonne-oogstsysteem heeft het potentieel om 24/7 zonne-energie op te wekken

De grote uitvinder Thomas Edison zei ooit: "Zolang de zon schijnt, zal de mens kracht in overvloed kunnen ontwikkelen." Hij was niet de eerste grote geest die zich verwonderde over het idee om de kracht van de zon te benutten; eeuwenlang hebben uitvinders nagedacht over de manier om zonne-energie te oogsten en deze te perfectioneren.

Ze hebben fantastisch werk geleverd met fotovoltaïsche cellen die zonlicht direct omzetten in energie. En toch, met al het onderzoek, de geschiedenis en de wetenschap erachter, zijn er grenzen aan hoeveel zonne-energie kan worden geoogst en gebruikt -- aangezien de opwekking ervan beperkt is tot overdag.

Een professor van de Universiteit van Houston zet de historische zoektocht voort en rapporteert over een nieuw type systeem voor het oogsten van zonne-energie dat het efficiëntierecord van alle bestaande technologieën verbreekt. En niet minder belangrijk, het maakt de weg vrij om 24/7 gebruik te maken van zonne-energie.

"Met onze architectuur kan de efficiëntie van het oogsten van zonne-energie worden verbeterd tot de thermodynamische limiet", meldt Bo Zhao, Kalsi-assistent-professor werktuigbouwkunde en zijn promovendus Sina Jafari Ghalekohneh in het tijdschriftFysieke beoordeling toegepast. De thermodynamische limiet is de absoluut maximaal theoretisch mogelijke omzettingsefficiëntie van zonlicht in elektriciteit.

Het vinden van efficiëntere manieren om zonne-energie te benutten is van cruciaal belang voor de overgang naar een koolstofvrij elektriciteitsnet. Volgens een recente studie van het US Department of Energy Solar Energy Technologies Office en het National Renewable Energy Laboratory zou zonne-energie tegen 2035 wel 40 procent van de elektriciteitsvoorziening van het land kunnen uitmaken en tegen 2050 45 procent, in afwachting van agressieve kostenverlagingen, ondersteunende beleid en grootschalige elektrificatie.

Hoe werkt het?

Traditionele zonne-thermofotovoltaïsche cellen (STPV) vertrouwen op een tussenlaag om zonlicht aan te passen voor een betere efficiëntie. De voorkant van de tussenlaag (de kant die naar de zon is gericht) is ontworpen om alle fotonen die van de zon komen te absorberen. Op deze manier wordt zonne-energie omgezet in thermische energie van de tussenlaag en wordt de temperatuur van de tussenlaag verhoogd.

Maar de thermodynamische efficiëntielimiet van STPV's, die lang werd gezien als de blackbody-limiet (85,4 procent), is nog steeds veel lager dan de Landsberg-limiet (93,3 procent), de ultieme efficiëntielimiet voor het oogsten van zonne-energie.

"In dit werk laten we zien dat het efficiëntietekort wordt veroorzaakt door de onvermijdelijke terugemissie van de tussenlaag naar de zon als gevolg van de wederkerigheid van het systeem. We stellen niet-wederkerige STPV-systemen voor die een tussenlaag gebruiken met niet-wederzijdse stralingseigenschappen, " zei Zhao. "Zo'n niet-wederzijdse tussenlaag kan zijn terugemissie naar de zon aanzienlijk onderdrukken en meer fotonenflux naar de cel leiden.

We laten zien dat met een dergelijke verbetering het niet-wederzijdse STPV-systeem de Landsberg-limiet kan bereiken, en praktische STPV-systemen met fotovoltaïsche cellen met één junctie kunnen ook een aanzienlijke efficiëntieverbetering ervaren."

Naast verbeterde efficiëntie beloven STPV's compactheid en verzendbaarheid (elektriciteit die kan worden geprogrammeerd op basis van marktbehoeften).

In een belangrijk toepassingsscenario kunnen STPV's worden gekoppeld aan een economische thermische energieopslageenheid om 24/7 elektriciteit op te wekken.

"Ons werk benadrukt het grote potentieel van niet-wederzijdse thermische fotonische componenten in energietoepassingen. Het voorgestelde systeem biedt een nieuwe weg om de prestaties van STPV-systemen aanzienlijk te verbeteren. Het kan de weg vrijmaken voor niet-wederzijdse systemen die moeten worden geïmplementeerd in praktische STPV-systemen die momenteel worden gebruikt in energiecentrales', zei Zhao.

Verhaal Bron:

Materialen geleverd door de Universiteit van Houston. Origineel geschreven door Laurie Fickman.Opmerking: inhoud kan worden bewerkt voor stijl en lengte.