Aurinkoenergiajärjestelmän tehokkuusrajan murtaminen

Maailmanlaajuisen uusiutuvan energian käytön kiihtyessä aurinkoenergian koko spektrin hyödyntäminen on edelleen merkittävä haaste.

Aurinkosähkökennot (PV) muuntavat valon sähköksi tehokkaimmin matalissa lämpötiloissa, kun taas fototermiset (PT) ja termofotovoltaiset (TPV) järjestelmät vaativat toimiakseen korkeita lämpötiloja. Näiden vastakkaisten lämpötilavaatimusten tasapainottaminen yhdessä järjestelmässä on pitkään haitannut hybridiaurinkokennojen kehitystä.

Kiinalaisen Zhejiangin yliopiston puhtaan energian hyödyntämisen keskeisen laboratorion tutkimusryhmä on ehdottanut uudenlaista ratkaisua: monivaiheista konsentrointia ja spektrin jakamista hyödyntävää kytkentämenetelmää täydentävään aurinkosähkö-sähköenergia-muunnokseen.

Tutkimuksen ensisijainen innovaatio on sen "monivaiheinen" arkkitehtuuri. Perinteisissä spektrinjakojärjestelmissä kaikki komponentit altistuvat usein samalle aurinkokonsentraatiosuhteelle, mikä pakottaa kompromissiin aurinkosähkön jäähdytyksen ja aurinkosähkön lämmityksen välillä.

Zhejiangin yliopiston tiimi kehitti termodynaamisen mallin, jonka avulla järjestelmä voi erottaa aurinkosähkö- ja lämpösähkömoduulien pitoisuussuhteet toisistaan.

Käyttämällä edistyneitä spektrinjakosuodattimia (kuten SiO2 / TiO2 -  interferenssiohutkalvoja) järjestelmä ohjaa korkeaenergisiä fotoneja aurinkokennoihin alhaisemmilla pitoisuussuhteilla tehokkuuden ylläpitämiseksi samalla, kun se kytkee monivaiheisten jäännösspektrien matalaenergisiä fotoneja korkealaatuisen lämpöenergian tuottamiseksi lämpösähkömoduulien muuntamista varten.

Järjestelyn galliumantimonidi (GaSb) -kennoja käyttävä monivaiheinen järjestelmä suoriutui perinteisiä yksivaiheisia hybridijärjestelmiä paremmin, erityisesti alhaisemmilla alkupitoisuussuhteilla. Lisäksi tekniikalla saavutettiin optimoitu energian virtaus ja polku täyden spektrin hyödyntämiseen.

”Täyden spektrin aurinkoenergian hyödyntämisen haasteena on aina ollut eri muuntomenetelmien välinen terminen ristiriita”, tutkijat totesivat. ”Monivaiheinen lähestymistapamme tarjoaa joustavan kehyksen, joka voidaan optimoida eri materiaaleille ja maantieteellisille sijainneille, mikä voi johtaa uuden sukupolven tehokkaisiin aurinkovoimaloihin.” Tämä tutkimus tarjoaa kriittisen teoreettisen perustan hajautettujen energiajärjestelmien ja teollisen mittakaavan aurinkoenergian muuntamislaitosten suunnittelulle, jotka tarvitsevat sekä sähköä että korkealaatuista lämpöenergiaa.

Aiheesta aiemmin:

Aurinkosähkön symmetriarajoitusten voittaminen

Supertehokas fototerminen muuntaminen

Kvanttivaikutteinen suunnittelu tehostaa lämpösähköä