. . جمعه 24 مرداد 1393 05:53 ب.ظ نظرات ()

self-cooling-solar-cells

سلول های خورشیدی یکی از منابع امیدبخش جایگزین انرژی فسیلی هستند. آن ها از لحاظ ساختمان مکانیکی بسیار ساده هستند. نه قسمت متحرکی دارند و نه آلودگی ایجاد  می کنند و تامین انرژی آن ها (نور خورشید) رایگان است، ولی متاسفانه از آن جایی که سلول های خورشیدی بیش از حد گرم می شوند مقرون به صرفه نیستند. این مشکل را تیمی از دانشگاه استنفورد زیر نظر پروفسور شان ­هوی فان با تعبیه ی یک لایه ی نازک شیشه به منظور خود – خنک شوندگی سلول، تا حدود زیادی برطرف کرده اند.

علی رغم پیشرفت های فراوان در دهه های اخیر در حوزه ی انرژی و سلول های خورشیدی متاسفانه هنوز بازدهی  سلول های خورشیدی بالا نیست. مقدار کمی از تابش خورشید به سلول های نوری به انرژی الکتریکی تبدیل می شوند. بازدهی سلول های خورشیدی زیر ۲۰ درصد می باشد و گرم شدن آن ها در اثر تابش خورشید که دمای آن ها را به ۵۵ درجه ی سانتی گراد (۱۳۰ درجه ی فارنهایت) می رساند باعث کاهش بازدهی آن ها می شود .

گرم شدن سلول های خورشیدی مشکلات مختلفی را به دنبال دارد. می توان گفت مهمترین آن ها کاهش بازدهی سلول های خورشیدی می باشد. تیم تحقیقاتی استنفورد نشان داده است که به ازای افزایش دمای یک درجه سانتی گراد (۱.۸ فارنهایت) بازدهی سلول ها ۰.۵ درصد کاهش می یابد و به همین ترتیب با افزایش دما به میزان ۱۰ درجه سانتی گراد (۱۸ درجه فارنهایت)، نرخ اتلاف انرژی دو برابر می شود.

خنک سازی سلول ها مساله ی مهمی است. اما چگونه باید آن را انجام داد؟ استفاده از سیستم های معمول مانند پمپ ها و تهویه های خنک کننده برای این کار مقرون به صرفه نیست و اصولاً این گونه سیستم ها با عملکرد پنل های خورشیدی تداخل دارند و در کار آن ها ایجاد مشکل می کنند. تیم تحقیقاتی استنفورد راهکاری برای این مشکل ارائه داده اند و آن هم استفاده از شیشه هایی از جنس سیلیکا می باشد. لایه ای بسیار نازک از این شیشه را بر روی سلول ها قرار داده می شود که حرارت تولید شده را به خارج از سلول های خورشیدی هدایت می کند بدون این که خودش انرژی مصرف کند.

جنس این شیشه از الگوهای میکرو هرم و مخروطی پیروی می کند که از لحاظ اندازه و شکل طوری طراحی شده اند که حرارت را به شکل اشعه ی مادون قرمز به سطح بیرونی لایه ی محافظ خنک شونده انتقال داده و از آن جا به اتمسفر منتقل می شوند. این انتقال بر اساس تفاوت طول موج های مختلف موجود در نور خورشید اتفاق می افتد که باعث می شود طول موج های مختلف خواص انکساری (شکست نور) متفاوتی از خود نشان دهند. تیم تحقیقاتی استنفورد با متناسب سازی لایه ی شیشه ای سیلیکایی کاری کرده اند تا نور مرئی ورودی، به صورت گرمای مادون قرمز از سلول خارج گردد.

به گفته ی آقای فان، سرپرست تیم تحقیقاتی استنفورد، سیلیکا علاوه بر این که جسم شفافی برای نور مرئی می باشد تنظیم کننده ی خوبی برای شکست و انکسار طول موج های خاص نیز می باشد.  همچنین یک طراحی دقیق نه تنها راندمان سلول های خورشیدی را کاهش نمی دهد بلکه می تواند به طور موثری انتقال حرارت از سلول های خورشیدی را تسهیل کند .

در حال حاضر تیم تحقیقاتی استنفورد در حال تست و تنظیم بهتر لایه ی خنک کننده می باشند که هدف آن ها از انجام این تحقیق کاهش دمای عملکرد سلول ها، افزایش کارایی و در نهایت افزایش طول عمر سلول های خورشیدی می باشد.

نتایج تحقیقات این تیم در Optica به چاپ رسیده است.


منبع::کارنج