Le celle solari autoaffreddanti, più durature e più efficienti sono alla portata semplicemente aggiungendo un sottile strato di vetro.
Un articolo pubblicato oggi sul giornale online Optica delinea una possibile soluzione per un migliore accesso all'energia solare.
Le celle solari funzionano convertendo la radiazione solare in energia. Attraverso questo processo, è prevista una certa quantità di perdita di energia.
Ma una sorprendente quantità di energia viene persa attraverso il surriscaldamento delle celle solari. Ciò limita la capacità della cellula di produrre elettricità e riduce la sua durata.
Battere il calore
L' gruppo di ricerca dalla Stanford University in California ha scoperto che quando uno strato sottile di vetro di silice incastonato con minuscole strutture a cono e piramide è posto sopra la parte superiore delle celle solari al silicio, la temperatura operativa delle celle è scesa drasticamente.
Guidati dal professore di ingegneria elettrica Shanhui Fan, i ricercatori hanno scoperto che questo strato di vetro reindirizza il calore indesiderato attraverso l'atmosfera e nello spazio.
Eliminando la radiazione infrarossa in eccesso, le celle solari rimangono fresche e sono più efficienti nel convertire i raggi solari in energia.
Questo disegno dimostra come le celle solari si raffreddano eliminando radiazioni termiche indesiderate. Le strutture piramidali in vetro di silice forniscono la massima capacità di raffreddamento radiativo. L. Zhu / Stanford University
Questo disegno dimostra come le celle solari si raffreddano eliminando radiazioni termiche indesiderate. Le strutture piramidali in vetro di silice forniscono la massima capacità di raffreddamento radiativo. L. Zhu / Stanford University
L'autore principale della ricerca, il candidato alla fisica del dottorato Linxiao Zhu, ha detto che la scoperta potrebbe portare allo sviluppo di pannelli solari più convenienti, rendendoli migliori alternativa alle energie rinnovabili.
"L'abbassamento della temperatura delle celle solari porta a una maggiore efficienza operativa", ha affermato Zhu.
"Inoltre, una temperatura operativa più bassa per le celle solari porta ad una durata della vita significativamente più lunga, riducendo così il costo di energia livellato da un sistema."
Ridurre l'energia sprecata
Secondo la carta, il limite superiore di efficienza di conversione di potenza per una singola cella di silicio è intorno al 33.7%. Mentre la cella si riscalda, l'efficienza diminuisce di circa il mezzo punto percentuale per ogni aumento di temperatura di un grado.
I costi dei metodi attivi per il raffreddamento delle celle solari, come la ventilazione o i liquidi refrigeranti, superano i benefici. Quindi fino ad ora la perdita di efficienza dovuta al surriscaldamento non è stata risolta.
Questo metodo passivo funziona utilizzando le diverse lunghezze d'onda della radiazione solare. La luce visibile nello spettro è migliore per trasportare energia, mentre gli infrarossi trasportano più calore.
I ricercatori hanno calcolato che "allontanando" la radiazione infrarossa usando il vetro di silice, il calore si abbassa senza influenzare negativamente la quantità di luce visibile che la cella solare può assorbire.
"Abbiamo creato un design ottimale costituito da piramidi di silice su microscala", ha affermato il professor Fan.
"[Questo] entrambi massimizzano la potenza di raffreddamento attraverso il meccanismo di raffreddamento radiativo, rimanendo trasparenti alle lunghezze d'onda della radiazione solare."
Australian National University's Andrew Blakers ha detto che mentre gli autori di questo studio hanno una solida base teorica, è improbabile che questo modello sia fattibile nel mondo reale.
"Sfortunatamente, i paragoni nella carta sono tra strutture speciali e celle solari nude, piuttosto che con celle incapsulate [e] le celle solari nude non sono mai schierate sul campo", ha detto Bakers, che è il direttore del Center for Sustainable Energy Systems (CECS) presso ANU.
"Il superstrato di vetro standard ha molte funzioni tra cui tenacità, resistenza ai graffi, resistenza strutturale, resistenza all'umidità, adesione a EVA / silicone.
"Il superstrato di vetro deve essere abbandonato perché causa troppo assorbimento parassitario delle radiazioni termiche - dovrebbe essere sostituito da un substrato per rendere autosufficiente il modulo."
Professore associato Ben Powell dal Università del Queensland ha detto che mentre questo approccio è una possibilità eccitante, il costo potrebbe superare i benefici.
"Se non può essere fatto a buon mercato, l'elettricità extra ricavata dai guadagni di efficienza e il costo risparmiato che sostituisce le celle solari non pagheranno il rivestimento - nel qual caso nessuno sarà interessato a usarlo", ha detto il fisico .
"È un'idea molto elegante e promettente, ma c'è ancora molta strada da fare prima di trovare questo sul tuo tetto."
Nonostante questo, gli autori del documento sono fiduciosi che lo sviluppo futuro sia possibile. Secondo Linxiao Zhu il prossimo passo è l'applicazione di questa ricerca ad applicazioni pratiche.
"Abbiamo convalidato questo progetto tramite metodi numerici estremamente accurati e ora stiamo lavorando per dimostrare sperimentalmente i primi prototipi", ha affermato.
Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.
