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.
