Они проделали удивительную работу с фотоэлектрическими элементами, которые преобразуют солнечный свет непосредственно в энергию. И все же, несмотря на все исследования, историю и науку, стоящие за этим, существуют ограничения на то, сколько солнечной энергии можно собирать и использовать, поскольку ее выработка ограничена только дневным временем.

Профессор Хьюстонского университета продолжает исторический поиск, сообщая о новом типе системы сбора солнечной энергии, которая побивает рекорд эффективности всех существующих технологий. И что не менее важно, это позволяет использовать солнечную энергию 24/7.

"Благодаря нашей архитектуре эффективность сбора солнечной энергии может быть повышена до термодинамического предела", - сообщает Бо Чжао, доцент кафедры машиностроения Kalsi и его докторант Сина Джафари Галеконех в журнале Примененный физический обзор. Термодинамический предел - это абсолютный максимум теоретически возможной эффективности преобразования солнечного света в электричество.

Поиск более эффективных способов использования солнечной энергии имеет решающее значение для перехода к безуглеродной электросети. Согласно недавнему исследованию, проведенному Управлением технологий солнечной энергетики Министерства энергетики США и Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, к 2035 году на солнечную энергию может приходиться до 40% электроснабжения страны, а к 2050 году - 45%, при условии активного снижения затрат, проведения поддерживающей политики и крупномасштабной электрификации.

Как это работает?

Традиционная солнечная термофотовольтаика (STPV) использует промежуточный слой для адаптации солнечного света к более высокой эффективности. Передняя сторона промежуточного слоя (сторона, обращенная к солнцу) предназначена для поглощения всех фотонов, исходящих от солнца. Таким образом, солнечная энергия преобразуется в тепловую энергию промежуточного слоя и повышает температуру промежуточного слоя.

Но предел термодинамической эффективности STPVs, который долгое время считался пределом черного тела (85,4%), все еще намного ниже предела Ландсберга (93,3%), предельного предела эффективности для сбора солнечной энергии.

"В этой работе мы показываем, что дефицит эффективности вызван неизбежным обратным излучением промежуточного слоя в сторону солнца, возникающим в результате взаимодействия системы. Мы предлагаем невзаимные системы STPV, в которых используется промежуточный слой с невзаимными излучательными свойствами", - сказал Чжао. "Такой невзаимный промежуточный слой может существенно подавлять его обратное излучение на солнце и направлять больший поток фотонов к ячейке.

Мы показываем, что при таком усовершенствовании невзаимная система STPV может достичь предела Ландсберга, и практические системы STPV с фотоэлектрическими элементами с одним переходом также могут значительно повысить эффективность ".

Помимо повышения эффективности, STPV обещают компактность и возможность диспетчеризации (электричество, которое может быть запрограммировано по требованию в зависимости от потребностей рынка).

В одном важном сценарии применения STPVS могут быть соединены с экономичным накопителем тепловой энергии для выработки электроэнергии 24/7.

"Наша работа подчеркивает большой потенциал невзаимных тепловых фотонных компонентов в энергетических приложениях. Предлагаемая система предлагает новый путь для значительного повышения производительности систем STPV. Это может проложить путь для внедрения невзаимных систем в практические системы STPV, используемые в настоящее время на электростанциях", - сказал Чжао.