Hệ thống thu năng lượng mặt trời có tiềm năng tạo ra năng lượng mặt trời 24/7

Nhà phát minh vĩ đại Thomas Edison đã từng nói: "Chừng nào mặt trời còn chiếu sáng, con người còn có thể phát triển sức mạnh dồi dào." Ông không phải là bộ óc vĩ đại đầu tiên ngạc nhiên trước khái niệm khai thác sức mạnh của mặt trời; trong nhiều thế kỷ, các nhà phát minh đã cân nhắc và hoàn thiện cách thu hoạch năng lượng mặt trời.

Họ đã thực hiện một công việc đáng kinh ngạc với các tế bào quang điện chuyển trực tiếp ánh sáng mặt trời thành năng lượng. Tuy nhiên, với tất cả các nghiên cứu, lịch sử và khoa học đằng sau nó, vẫn có những giới hạn về lượng năng lượng mặt trời có thể được thu hoạch và sử dụng -- vì việc tạo ra nó chỉ được giới hạn vào ban ngày.

Một giáo sư của Đại học Houston đang tiếp tục nhiệm vụ lịch sử, báo cáo về một loại hệ thống thu hoạch năng lượng mặt trời mới phá vỡ kỷ lục hiệu quả của tất cả các công nghệ hiện có. Và không kém phần quan trọng, nó mở đường cho việc sử dụng năng lượng mặt trời 24/7.

"Với kiến ​​trúc của chúng tôi, hiệu quả khai thác năng lượng mặt trời có thể được cải thiện đến giới hạn nhiệt động lực học," Bo Zhao, Trợ lý Giáo sư kỹ thuật cơ khí Kalsi và nghiên cứu sinh tiến sĩ của ông, Sina Jafari Ghalekohneh, báo cáo trên tạp chíĐánh giá vật lý được áp dụng. Giới hạn nhiệt động lực học là hiệu suất chuyển đổi tối đa về mặt lý thuyết có thể có của ánh sáng mặt trời thành điện năng.

Tìm những cách hiệu quả hơn để khai thác năng lượng mặt trời là rất quan trọng để chuyển đổi sang lưới điện không có carbon. Theo một nghiên cứu gần đây của Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ và Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, năng lượng mặt trời có thể chiếm tới 40% nguồn cung cấp điện của quốc gia vào năm 2035 và 45% vào năm 2050, trong khi chi phí giảm mạnh. chính sách và điện khí hóa quy mô lớn.

Làm thế nào nó hoạt động?

Quang điện nhiệt mặt trời truyền thống (STPV) dựa vào một lớp trung gian để điều chỉnh ánh sáng mặt trời nhằm mang lại hiệu quả tốt hơn. Mặt trước của lớp trung gian (mặt hướng về phía mặt trời) được thiết kế để hấp thụ tất cả các photon đến từ mặt trời. Bằng cách này, năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng nhiệt của lớp trung gian và làm tăng nhiệt độ của lớp trung gian.

Nhưng giới hạn hiệu suất nhiệt động của STPV, từ lâu đã được hiểu là giới hạn vật đen (85,4 phần trăm), vẫn thấp hơn nhiều so với giới hạn Landsberg (93,3 phần trăm), giới hạn hiệu quả cuối cùng cho việc thu hoạch năng lượng mặt trời.

"Trong nghiên cứu này, chúng tôi chỉ ra rằng sự thiếu hụt hiệu quả là do sự phát xạ ngược không thể tránh khỏi của lớp trung gian về phía mặt trời do tính tương hỗ của hệ thống. Chúng tôi đề xuất các hệ thống STPV không tương hỗ sử dụng lớp trung gian có đặc tính bức xạ không tương hỗ," cho biết Triệu. "Một lớp trung gian không tương hỗ như vậy có thể ngăn chặn đáng kể sự phát xạ ngược của nó tới mặt trời và tạo ra nhiều luồng photon hơn về phía tế bào.

Chúng tôi cho thấy rằng, với sự cải tiến như vậy, hệ thống STPV không đối ứng có thể đạt đến giới hạn Landsberg và các hệ thống STPV thực tế với các tế bào quang điện một điểm nối cũng có thể tăng hiệu suất đáng kể."

Bên cạnh hiệu quả được cải thiện, STPV hứa hẹn tính nhỏ gọn và khả năng điều phối (điện có thể được lập trình theo yêu cầu dựa trên nhu cầu của thị trường).

Trong một kịch bản ứng dụng quan trọng, STPV có thể được kết hợp với một bộ lưu trữ năng lượng nhiệt kinh tế để tạo ra điện 24/7.

"Công trình của chúng tôi làm nổi bật tiềm năng to lớn của các thành phần quang tử nhiệt không tương hỗ trong các ứng dụng năng lượng. Hệ thống được đề xuất đưa ra một lộ trình mới để cải thiện đáng kể hiệu suất của các hệ thống STPV. Nó có thể mở đường cho các hệ thống không tương hỗ được triển khai trong các hệ thống STPV thực tế hiện đang được sử dụng trong nhà máy điện," Zhao nói.

Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Houston cung cấp. Bản gốc được viết bởi Laurie Fickman.Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về phong cách và độ dài.