Собирая свет: морщинки и изгибы увеличивают продуктивность солнечных батарей

Собирая свет: морщинки и изгибы увеличивают продуктивность солнечных батарей

Взяв в качестве примера обычный  листок, исследователи использовали микроскопические складки на поверхности фотогальванического материала для того, чтобы значительно увеличить выходную мощность гибких идешевых солнечных батарей.

В конце апреля команда под руководством ученых из Принстонского университета сообщила в журнале «NaturePhotonics» о том, что складки увеличивают выработку энергии на 47%. Юа-Линь Лу, научный руководитель исследования, утверждает, что тонко калиброванные складки на поверхности панелей проводят световые волны и увеличивают облучение фотогальванического материала.

«На плоской поверхности свет либо поглощается, либо отражается»,- рассказала Лу, профессор химико-биологической инженерии в Принстоне. - Добавляя изгибы, мы создаем подобие волновода, что, в свою очередь, увеличивает вероятность того, что свет будет поглощен».

В работе исследователей задействованы фотогальванические системы, изготовленные из сравнительно недорогого пластика. Сегодня солнечные панели изготавливаются из кремния, более хрупкого и дорогого материала, чем пластик. До сих пор пластиковые панели не использовались широко, так как они производили слишком мало энергии.

Исследователи долго работали над увеличением их продуктивности, чтобы создать дешевый, прочный и гибкий источник солнечной энергии. Если им удастся увеличить продуктивность пластиковых панелей, этот материал сможет производить энергию, находясь на самых разных поверхностях, от вставок в окнах до покрытия наружных стен и рюкзаков.

«Он гибкий, мягкий, легкий и дешевый», - перечислила Лу.

Чаще всего исследователи уделяли внимание увеличению продуктивности самого пластикового фотогальванического материала. Недавние открытия были многообещающими: команда ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе заявила о создании системы с продуктивностью 10,6%. Этот результат максимально приближен к 10−15-процентному уровню, необходимому для коммерческого использования открытия.

Лу заявила, что использование складок даст еще большие результаты. Поскольку технология эффективна для большинства фотогальванических элементов, можно ждать значительного всплеска продуктивности.

«Это очень простой процесс, эффективный со всеми материалами», - заявила она. - Мы опробовали его на других полимерах, и все прошло отлично».

Джонг Бок Ким, докторант химико-биологической инженерии, объяснил в статье журнала «NaturePhotonics», что складки на поверхности панелей проводят световые волны через материал наподобие того, как каналы проводят воду по ферме.

Проводя свет сквозь материал, ученые, в сущности, удерживают свет внутри фотогальванического материала более продолжительное время, что приводит к большему поглощению света и производству энергии.

«Мы ожидали увеличения фототока, так как складчатая поверхность похожа на листья, природную систему с высоким светопоглощением», - делится Ким, докторант-исследователь в области химико-биологической инженерии. - Тем не менее, когда я создал солнечные батареи со складчатой поверхностью, эффект превзошел все ожидания».

 Хотя технология приведет к увеличению выработки энергии, результаты исследования оказались особенно значительными в красной области спектра, где длина волны видимого света самая большая.

 

Продуктивность обычной солнечной батареи значительно падает с увеличением длины волны, а когда спектр приближается к инфракрасному, свет практически не поглощается. Ученые подсчитали, что использование складок увеличивает поглощение света в этой области спектра примерно на 600%.

«Если посмотреть на солнечный спектр, то можно увидеть, как много солнечного света мы теряем», - заявила Лу. «Это – способ увеличения продуктивности солнечных батарей».

Ученые создали складчатую поверхность в лаборатории Говарда Стоуна, на факультете механики и авиационно-космической техники. Для этого они аккуратно отвердили слой жидкого фотографического клея при помощи ультрафиолетового света. Контролируя скорость отвердевания разных участков клея, ученые смогли применить давление и нанести на поверхность впадинки.

Неглубокие впадинки называются морщинками, а глубокие – складками. Оказалось, что поверхность, сочетающая морщинки и складки, наиболее продуктивна.

Хотя довольно сложно произвести все необходимые расчеты, промышленное производство таких панелей довольно простое. Лу уверена, что проблем с производством возникнуть не должно.

«Все зависит от того, сможем ли мы воспроизвести морщинки и складки», - утверждает Лу. «Контролируя давление, можно наносить больше или меньше морщинок и складок».

Другим преимуществом процесса является то, что он увеличивает срок эксплуатации солнечных батарей, так как благодаря способности сгибаться  уменьшается механический износ. 

Ученые выяснили, что продуктивность таких панелей сохраняется после сгибания. Производство энергии обычной пластиковой панелью снижается на 70% после сгибания.

Лу заявила, что ученые черпают вдохновение от листьев. Такой, казалось бы, простой предмет как лист является чудом природной инженерии. Его зеленая поверхность прекрасно сгибается и контролирует поступление света, впитывая максимальное количество солнечной энергии для производства энергии и питательных веществ для дерева.

В недавней работе Пилхам Ким, докторанта-исследователя в лаборатории Стоуна, говорится о том, как эти микроскопические структуры могут использоваться в синтетических устройствах.

«Если внимательно присмотреться к листьям, можно увидеть, что они не гладкие, в них присутствуют структуры трех типов», - рассказывает Лу, директор Центра энергетики и окружающей среды имени Эндлингера в Принстоне. - Хотелось бы научиться воспроизводить этот геометрический эффект в синтетических, сделанных руками человека светособирающих системах».

EnergyDaily, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.solardaily.com/reports/Folding_light_Wrinkles_and_twists_boost_power_from_solar_panels_999.html

  • Дата публикации: 03.05.2012
  • 185

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться