تولید نیروی برق در شب توسط صفحات خورشیدی

پژوهش نوین نشان می‎دهد که چگونه صفحات خورشیدی می‎توانند درآیندۀ نزدیک، در شب نیز تولید نیرو کنند.

با وجودی مفید بودن تلاش‎ها در زمینۀ فن‎آوری صفحات خورشیدی در مسیر گذار به انرژی تجدید‎پذیر[1]، این صفحات نمی‎توانند شب‎هنگام تولید برق کنند. اکنون، پژوهشی نوین، چنین طرح می‎کند که می‎توان صفحاتی طراحی کرد که درطول شبانه‎روز فعالیت داشته باشند.

در شرایط بهینه (مطلوب)، با استناد به این مطالعۀ جدید، این سلول‎های فتوولتائیک که به طور خاصی طراحی شده‎اند، می‎توانند در طول شب معادل ¼ تولید خود در طول روز، تولید انرژی داشته باشند.

در راستای دست‎یابی به این مهم، لازم است تا از سلول‎های گرما‎تشعشعی[2] به صورت تلفیقی استفاده کنیم. این سلول‎ها به موجب سرمایش تشعشعی[3] تولید انرژی می‎کنند. درواقع در این فرآیند، تشعشعات گرما و تشعشعات مادون قرمز به هنگام ترک سلول مقدار ناچیزی انرژی تولید می‎کنند.

  

سلول‎های گرماتشعشعی در حال حاضر نیز در حوزه‎هایی چون ساخت‎و تولید درحال آزمایش هستند. از این سلول‎ها برای تبدیل گرمای اتلافی[4] از قبیل دماهای بالایی که توسط موتورها تولید می‎شوند، مورد استفاده هستند.

در ارتباط با سلول‎های خورشیدی شب-هنگام، قرار دادن این سلول‎ها به سوی آسمان سردِ شب، می‎تواند راهکاری برای مهارکردن و بهره‎مندی از این فرآیند (سرمایش تشعشعی) باشد.

 "Jeremy Munday، مهندس برق و کامپیوتر از دانشگاه کالیفرنیا دیویس می‎گوید: ما در این فکر بودیم که اگر یکی از این تجهیزات را انتخاب و در یک منطقه گرم آن را رو به آسمان‎قرار دهیم، چه اتفاقی خواهد افتاد".

برای بهره‎مندی از اثر تشعشعات مادون قرمز، ما به مواد متفاوتی با آنچه در سلول‎های خورشیدی معمول هست، نیاز داریم که به تمرکز روی نور مرئی، منتهی می‎شود (البته محققین در عین حال سلول‎هایی را مورد بررسی قرار داده‎اند که می‎توانند هر دو را جذب کند).

 گام بعدی تعیین ترکیب مواد و اجزای الکترونیکی برای تولید صفحه‎ای کارا است، صفحه‎ای که هم بتواند به عنوان مخزن گرما عمل کند و هم از آسمان شب (سرد) بهره‎مند شود. به هر حال، ریاضیات پایه به این موضوع خواهد پرداخت.

به گفتۀ Munday "یک سلول خورشیدی معمولی به واسطۀ جذب نورخورشید که باعث تولید ولتاژ در سطح دستگاه و ایجاد جریان می‎شود، تولید نیرو می‎کند". "در این تجهیزات نوین، نور به جای جذب‎شدن، منتشر می‎شود و جریان و ولتاژ در مسیر مخالف حرکت می‎کنند، اما شما باز هم تولید نیرو دارید".

"لازم است تا مواد متفاوتی مورد استفاده قرار گیرند، اما فیزیک آنها یکسان است".

  بر اساس محاسبا‎ت پژوهش‎گران، مزراع خورشیدی در شرایط ایده‎آل می‎توانند بیش از 50 وات نیرو درهر متر مربع تولید کنند- که به معنای افزایش تولید انرژی تا حدود 12 درصد درکل، در محیط‎های باز و خشک است که هم اکنون نیز مزارع خورشیدی بسیاری در آنها مستقر هستند.

گروه‎های بسیاری به دنبال این ایده هستند. سال گذشته در سامانۀ پژوهشی که توسط پژوهش‎گران دانشگاه استنفورد راه‎اندازی شده بود، ملاحظه کردیم که در این سامانه همچنین از عدم‎تعادل دمایی بین آسمان شب-هنگام و سطح زمین برای تولید برق به واسطۀ تشعشعات مادون‎قرمز استفاده می‎شود.

اگرچه برای ارتقای کامل این فن‎آوری تا حد قابل استفاده بودن آن، هنوز راه بسیاری درپیش است- درحال حاضر Munday و همکارانش تنها نمونه‎های اولیۀ در دست توسعه دارند- اما بالقوه این فن‎آوری، راهکاری ارزان‎قیمت و کم‎هزینه برای بکاربستن 24 ساعتۀ سلول‎های خورشیدی است.

"Deep Space  مخزن حرارتی با دمای پائینِ جالب‎توجهی را ارائه می‎دهد که به واسطۀ استفادۀ هوشمندانه از علوم فتونیک، اپتیک و مهندسی مواد،  بالقوه توانایی تولید نیروی برق در شب و روز را فراهم می‎سازد "

پژوهشگران در مقالۀ منتشر شدۀ خود نتیجه‎ گیری نهایی کردند.

این مطالعه در ACS Photonics منتشر شده است.