Innowacyjne ogniwo słoneczne jest samo w sobie baterią

dodano: 2024-09-27 00:20
autor: Beata Wiśniowska | źródło: UPC.edu/Cell.com

Innowacyjne hybrydowe urządzenie solarne, które łączy panel PV i magazyn energii, osiągnęło rekordowy poziom wydajności magazynowania energii dla takiego urządzenia. I w przeciwieństwie do konwencjonalnych baterii, urządzenie do magazynowania energii cieplnej słonecznej (MOST) nie opiera się na rzadkich materiałach.

cell.com

Prosimy o wyłączenie blokowania reklam i odświeżenie strony.

Innowacyjne hybrydowe urządzenie solarne, które łączy panel PV i magazyn energii

„Solar hybrid system” łączy panele fotowoltaiczne (PV) i system magazynowania energii w jednym urządzeniu.

Opracowanie takiego urządzenia wiąże się z pokonaniem kilku kluczowych wyzwań, aby zapewnić wydajną pracę systemu. Jednym z nich jest wpływ promieniowania słonecznego, który powoduje wzrost temperatury panelu i – nieco wbrew intuicji – skutkuje spadkiem wydajności ogniw PV o 10% do 25%. Innym jest to, że obecne technologie magazynowania energii, takie jak baterie, opierają się na rzadkich, niezrównoważonych materiałach.

Jednak naukowcy z Chalmers University of Technology w Szwecji i Universitat Politècnica de Catalunya – Barcelona Tech w Hiszpanii opracowali nowatorskie urządzenie hybrydowe, które rozwiązuje oba te problemy, maksymalizując jednocześnie wykorzystanie energii słonecznej i osiągając rekordową efektywność magazynowania energii.

Panele fotowoltaiczne na bazie krzemu stały się dominującą technologią energii słonecznej z banalnego powodu.
Krzem jest powszechny, a jego wykorzystanie do produkcji modułów fotowoltaicznych jest opłacalne, skalowalne i przyjazne dla środowiska. Ogniwa fotowoltaiczne na bazie krzemu są również wysoce wydajne w przekształcaniu światła słonecznego w energię elektryczną. Niemniej jednak nadal są podatne na przegrzewanie, co powoduje nieefektywność.

Zatem badacze odeszli od tradycyjnej metody łączenia warstwy absorbera termicznego z ogniwem PV i połączyli krzemowe ogniwo słoneczne z innowacyjnym molekularnym systemem magazynowania energii cieplnej, w skrócie MOST.

System jest umieszczony na górze ogniwa PV i zawiera cząsteczki organiczne przepływające przez mikroprzepływowy układ scalony, który może magazynować światło słoneczne jako energię chemiczną poprzez proces fotoizomeryzacji. Powszechna fotoreakcja, fotoizomeryzacja, to sytuacja, w której cząsteczka organiczna zmienia swoją strukturę po wystawieniu na działanie światła.

Wracając do podstaw fizyki, fotony to maleńkie pakiety światła reprezentujące całe spektrum promieniowania elektromagnetycznego. Fotony poruszają się w falowym wzorze, od fal radiowych o niskiej energii do fal energetycznych, które wytwarzają światło widzialne, a następnie do fal o wyższej energii, takich jak światło ultrafioletowe.

Gdy organiczne cząsteczki MOST są napromieniowywane fotonami o wysokiej energii lub cząsteczkami światła, takimi jak światło ultrafioletowe, przechodzą one przemianę chemiczną, przechowując wytworzoną energię do późniejszego wykorzystania. Ponadto te cząsteczki chłodzą ogniwo PV, działając jako filtr optyczny, który blokuje fotony, które normalnie powodowałyby nagrzewanie się ogniwa i zmniejszanie wydajności. W ten sposób system MOST umożliwia zarówno generowanie energii elektrycznej, jak i magazynowanie energii chemicznej.

Naukowcy przetestowali nowe urządzenie w rzeczywistych scenariuszach, ręcznie ustawiając je w kierunku słońca między godziną 9:00 a 15:00 jesiennego listopadowego dnia w Barcelonie w 2022 r., kiedy temperatura osiągnęła około 39°C.

Nowe urządzenie osiągnęło wydajność magazynowania energii słonecznej na poziomie 2,3%, co jest najwyższą odnotowaną dotychczas molekularną wydajnością cieplną energii słonecznej. Obniżyło również temperaturę ogniwa fotowoltaicznego nawet o 8°C, zmniejszając straty energii z powodu ciepła i zwiększając wydajność konwersji energii o 12,6%. Całkowite wykorzystanie energii słonecznej wyniosło do 14,9%.

Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju system MOST nie tylko zwiększa efektywność energetyczną, zmniejszając w ten sposób zależność od paliw kopalnych, ale także wykorzystuje powszechnie występujące pierwiastki, takie jak węgiel, wodór, tlen i azot, zamiast rzadkich (i drogich) materiałów, takich jak lit, kobalt i nikiel, które są zwykle wykorzystywane do produkcji baterii.

Udowodniono, że system MOST wytrzymuje ponad 1000 cykli ładowania/rozładowania przy minimalnej degradacji, co oznacza, że możliwe byłoby, aby system działał nieprzerwanie przez miesiące. Naukowcy spodziewają się, że ich hybrydowe urządzenie odpowie na rosnące zapotrzebowanie na czystą energię i wydajne magazynowanie w miarę odchodzenia od paliw kopalnych.

Badanie opublikowano w czasopiśmie Joule.

Źródło: upc.edu cell.com

Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy.