Solar Harvesting System hat das Potenzial, rund um die Uhr Solarstrom zu erzeugen

Der große Erfinder Thomas Edison hat einmal gesagt: „Solange die Sonne scheint, wird der Mensch Kraft im Überfluss entwickeln können.“ Er war nicht der erste große Geist, der sich über die Idee wunderte, die Kraft der Sonne zu nutzen; jahrhundertelang haben erfinder darüber nachgedacht und perfektioniert, wie man sonnenenergie gewinnen kann.

Sie haben mit Photovoltaikzellen, die Sonnenlicht direkt in Energie umwandeln, Erstaunliches geleistet. Und trotz all der Forschung, Geschichte und Wissenschaft dahinter gibt es Grenzen dafür, wie viel Solarenergie geerntet und verwendet werden kann --, da seine Erzeugung nur auf den Tag beschränkt ist.

Ein Professor der University of Houston setzt die historische Suche fort und berichtet über eine neue Art von Solarenergiegewinnungssystem, das den Effizienzrekord aller bestehenden Technologien bricht. Und nicht weniger wichtig, es ebnet den Weg für die Nutzung von Solarstrom rund um die Uhr.

„Mit unserer Architektur kann die Effizienz der Solarenergiegewinnung bis an die thermodynamische Grenze verbessert werden“, berichten Bo Zhao, Kalsi-Assistenzprofessor für Maschinenbau und seine Doktorandin Sina Jafari Ghalekohneh in der ZeitschriftKörperliche Überprüfung angewendet. Die thermodynamische Grenze ist die absolut maximal theoretisch mögliche Umwandlungseffizienz von Sonnenlicht in Strom.

Effizientere Wege zur Nutzung von Solarenergie zu finden, ist entscheidend für den Übergang zu einem kohlenstofffreien Stromnetz. Laut einer aktuellen Studie des Solar Energy Technologies Office des US-Energieministeriums und des National Renewable Energy Laboratory könnte Solarenergie bis 2035 bis zu 40 Prozent und bis 2050 45 Prozent der Stromversorgung des Landes ausmachen, vorausgesetzt, dass aggressive Kostensenkungen unterstützt werden Politik und großflächige Elektrifizierung.

Wie funktioniert es?

Herkömmliche Solarthermophotovoltaik (STPV) stützt sich auf eine Zwischenschicht, um das Sonnenlicht für eine bessere Effizienz anzupassen. Die Vorderseite der Zwischenschicht (der Sonne zugewandte Seite) soll alle von der Sonne kommenden Photonen absorbieren. Auf diese Weise wird Sonnenenergie in thermische Energie der Zwischenschicht umgewandelt und erhöht die Temperatur der Zwischenschicht.

Aber die thermodynamische Effizienzgrenze von STPVs, die seit langem als Black-Body-Grenze (85,4 Prozent) bekannt ist, liegt immer noch weit unter der Landsberg-Grenze (93,3 Prozent), der ultimativen Effizienzgrenze für die Solarenergiegewinnung.

"In dieser Arbeit zeigen wir, dass das Effizienzdefizit durch die unvermeidliche Rückemission der Zwischenschicht in Richtung Sonne verursacht wird, die sich aus der Reziprozität des Systems ergibt. Wir schlagen nichtreziproke STPV-Systeme vor, die eine Zwischenschicht mit nichtreziproken Strahlungseigenschaften verwenden", sagte Zhao. „Eine solche nicht reziproke Zwischenschicht kann ihre Rückemission zur Sonne erheblich unterdrücken und mehr Photonenfluss zur Zelle leiten.

Wir zeigen, dass das nicht-reziproke STPV-System mit einer solchen Verbesserung die Landsberg-Grenze erreichen kann, und praktische STPV-Systeme mit Single-Junction-Photovoltaikzellen können ebenfalls eine erhebliche Effizienzsteigerung erfahren.

Neben einer verbesserten Effizienz versprechen STPVs Kompaktheit und Dispatibilität (Strom, der je nach Marktbedarf nach Bedarf programmiert werden kann).

In einem wichtigen Anwendungsszenario können STPVs mit einem sparsamen thermischen Energiespeicher gekoppelt werden, um rund um die Uhr Strom zu erzeugen.

„Unsere Arbeit unterstreicht das große Potenzial von nicht-reziproken thermischen photonischen Komponenten in Energieanwendungen. Das vorgeschlagene System bietet einen neuen Weg, um die Leistung von STPV-Systemen erheblich zu verbessern. Es kann den Weg für die Implementierung nicht-reziproker Systeme in praktische STPV-Systeme ebnen, die derzeit verwendet werden Kraftwerke", sagte Zhao.

Geschichte Quelle:

Materialien zur Verfügung gestellt von der University of Houston. Original geschrieben von Laurie Fickman.Hinweis: Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.