ระบบเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์มีศักยภาพในการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ทุกวันตลอด 24 ชั่วโมง

โทมัส เอดิสัน นักประดิษฐ์ผู้ยิ่งใหญ่ เคยกล่าวไว้ว่า "ตราบใดที่ดวงอาทิตย์ยังส่องแสง มนุษย์จะสามารถพัฒนาพลังอย่างมากมาย" เขาไม่ใช่คนที่มีจิตใจยิ่งใหญ่คนแรกที่ประหลาดใจกับแนวคิดเรื่องการควบคุมพลังของดวงอาทิตย์ เป็นเวลาหลายศตวรรษแล้วที่นักประดิษฐ์ได้ไตร่ตรองและพัฒนาวิธีการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์ให้สมบูรณ์แบบ

พวกเขาทำงานได้อย่างน่าทึ่งด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ที่เปลี่ยนแสงอาทิตย์ให้เป็นพลังงานโดยตรง และถึงกระนั้น ด้วยการวิจัย ประวัติศาสตร์ และวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลัง จึงมีข้อจำกัดในการเก็บเกี่ยวและใช้พลังงานแสงอาทิตย์ -- เนื่องจากการผลิตไฟฟ้าถูกจำกัดไว้เฉพาะในเวลากลางวันเท่านั้น

ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยฮูสตันกำลังสานต่อภารกิจทางประวัติศาสตร์ โดยรายงานเกี่ยวกับระบบการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์รูปแบบใหม่ที่ทำลายสถิติประสิทธิภาพของเทคโนโลยีที่มีอยู่ทั้งหมด และที่สำคัญไม่น้อยไปกว่ากันคือการเปิดทางสู่การใช้พลังงานแสงอาทิตย์ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน

"ด้วยสถาปัตยกรรมของเรา ประสิทธิภาพการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์สามารถปรับปรุงได้ถึงขีดจำกัดทางอุณหพลศาสตร์" Bo Zhao, Kalsi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกล และ Sina Jafari Ghalekohneh นักศึกษาระดับปริญญาเอกของเขารายงานในวารสารใช้การตรวจสอบทางกายภาพ. ขีดจำกัดทางอุณหพลศาสตร์คือประสิทธิภาพการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี

การหาวิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการควบคุมพลังงานแสงอาทิตย์เป็นสิ่งสำคัญในการเปลี่ยนไปใช้กริดไฟฟ้าที่ปราศจากคาร์บอน จากการศึกษาล่าสุดโดยสำนักงานเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ของกระทรวงพลังงานสหรัฐและห้องปฏิบัติการพลังงานทดแทนแห่งชาติ พลังงานแสงอาทิตย์สามารถคิดเป็นร้อยละ 40 ของปริมาณไฟฟ้าของประเทศภายในปี 2578 และร้อยละ 45 ภายในปี 2593 อยู่ระหว่างการลดต้นทุนในเชิงรุก สนับสนุน นโยบายและการใช้พลังงานไฟฟ้าขนาดใหญ่

มันทำงานอย่างไร?

เทอร์โมโฟโตโวลตาอิกจากแสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม (STPV) อาศัยชั้นกลางเพื่อปรับแสงอาทิตย์ให้มีประสิทธิภาพดีขึ้น ด้านหน้าของชั้นกลาง (ด้านที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์) ออกแบบมาเพื่อดูดซับโฟตอนทั้งหมดที่มาจากดวงอาทิตย์ ด้วยวิธีนี้ พลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนของชั้นกลางและทำให้อุณหภูมิของชั้นกลางสูงขึ้น

แต่ขีดจำกัดประสิทธิภาพทางอุณหพลศาสตร์ของ STPV ซึ่งเป็นที่เข้าใจกันมานานแล้วว่าเป็นขีดจำกัดของวัตถุดำ (ร้อยละ 85.4) ยังคงต่ำกว่าขีดจำกัดของ Landsberg (ร้อยละ 93.3) ซึ่งเป็นขีดจำกัดประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์

"ในงานวิจัยนี้ เราแสดงให้เห็นว่าการขาดดุลของประสิทธิภาพนั้นเกิดจากการปล่อยรังสีย้อนกลับของชั้นกลางไปยังดวงอาทิตย์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกันของระบบ เราเสนอระบบ STPV ที่ไม่สัมพันธ์กันซึ่งใช้ชั้นกลางที่มีคุณสมบัติการแผ่รังสีที่ไม่สัมพันธ์กัน" กล่าว จ่าว. "ชั้นกลางที่ไม่สัมพันธ์กันดังกล่าวสามารถยับยั้งการแผ่รังสีกลับไปสู่ดวงอาทิตย์ได้อย่างมาก และทำให้โฟตอนไหลเข้าสู่เซลล์มากขึ้น

เราแสดงให้เห็นว่า ด้วยการปรับปรุงดังกล่าว ระบบ STPV แบบ nonreciprocal สามารถไปถึงขีดจำกัดของ Landsberg ได้ และระบบ STPV ที่ใช้งานได้จริงที่มีเซลล์แสงอาทิตย์แบบแยกทางเดียวก็สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมากเช่นกัน"

นอกจากประสิทธิภาพที่ดีขึ้นแล้ว STPV ยังรับประกันความกะทัดรัดและความสามารถในการจัดส่ง (ไฟฟ้าที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ตามความต้องการตามความต้องการของตลาด)

ในสถานการณ์การใช้งานที่สำคัญอย่างหนึ่ง STPV สามารถใช้ร่วมกับหน่วยเก็บพลังงานความร้อนที่ประหยัดเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน

"งานของเราเน้นให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมของส่วนประกอบโฟโตนิกความร้อนแบบ nonreciprocal ในการใช้งานด้านพลังงาน ระบบที่นำเสนอนี้นำเสนอเส้นทางใหม่ในการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ STPV อย่างมีนัยสำคัญ มันอาจปูทางสำหรับระบบ nonreciprocal เพื่อนำมาใช้ในระบบ STPV เชิงปฏิบัติที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน โรงไฟฟ้า" Zhao กล่าว

ที่มาของเรื่อง:

วัสดุที่จัดทำโดยมหาวิทยาลัยฮูสตัน ต้นฉบับเขียนโดยลอรี ฟิคแมนหมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว