نظام الحصاد الشمسي لديه القدرة على توليد الطاقة الشمسية 24/7
Nov 02, 2022
قال المخترع العظيم توماس إديسون ذات مرة ، "طالما تشرق الشمس ، سيتمكن الإنسان من تطوير القوة بوفرة." لم يكن أول عقل عظيم يتعجب من فكرة تسخير قوة الشمس ؛ منذ قرون ، كان المخترعون يفكرون في طريقة حصاد الطاقة الشمسية ويتقنونها.
لقد قاموا بعمل رائع مع الخلايا الكهروضوئية التي تحول ضوء الشمس مباشرة إلى طاقة. ومع ذلك ، مع كل الأبحاث والتاريخ والعلوم وراء ذلك ، هناك حدود لمقدار الطاقة الشمسية التي يمكن حصادها واستخدامها -- حيث يقتصر توليدها على النهار فقط.
يواصل أحد الأساتذة بجامعة هيوستن السعي التاريخي ، حيث يقدم تقريرًا عن نوع جديد من نظام حصاد الطاقة الشمسية الذي يكسر سجل الكفاءة لجميع التقنيات الحالية. ولا يقل أهمية ، أنه يمهد الطريق لاستخدام الطاقة الشمسية على مدار الساعة وطوال أيام الأسبوع.
يقول بو جاو ، أستاذ مساعد Kalsi للهندسة الميكانيكية وطالب الدكتوراه سينا جعفري غليكونه في المجلة: "من خلال هندستنا المعمارية ، يمكن تحسين كفاءة حصاد الطاقة الشمسية إلى الحد الديناميكي الحراري".تم تطبيق المراجعة البدنية. الحد الديناميكي الحراري هو الحد الأقصى المطلق من الناحية النظرية لكفاءة تحويل ضوء الشمس إلى كهرباء.
يعد العثور على طرق أكثر كفاءة لتسخير الطاقة الشمسية أمرًا بالغ الأهمية للانتقال إلى شبكة كهربائية خالية من الكربون. وفقًا لدراسة حديثة أجراها مكتب تقنيات الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية والمختبر الوطني للطاقة المتجددة ، يمكن أن تمثل الطاقة الشمسية ما يصل إلى 40 في المائة من إمدادات الكهرباء في البلاد بحلول عام 2035 و 45 في المائة بحلول عام 2050 ، في انتظار تخفيضات كبيرة في التكاليف ، داعمة السياسات والكهرباء على نطاق واسع.
كيف يعمل؟
تعتمد الخلايا الكهروضوئية الشمسية التقليدية (STPV) على طبقة وسيطة لتكييف ضوء الشمس لتحقيق كفاءة أفضل. تم تصميم الجانب الأمامي من الطبقة المتوسطة (الجانب المواجه للشمس) لامتصاص جميع الفوتونات القادمة من الشمس. بهذه الطريقة ، يتم تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية للطبقة الوسيطة وترفع درجة حرارة الطبقة المتوسطة.
لكن حد الكفاءة الديناميكية الحرارية لـ STPV ، والذي كان يُفهم منذ فترة طويلة على أنه حد الجسم الأسود (85.4 بالمائة) ، لا يزال أقل بكثير من حد Landsberg (93.3 بالمائة) ، وهو الحد الأقصى للكفاءة في حصاد الطاقة الشمسية.
"في هذا العمل ، نظهر أن عجز الكفاءة ناتج عن الانبعاث الخلفي الحتمي للطبقة الوسيطة نحو الشمس الناتج عن المعاملة بالمثل للنظام. نقترح أنظمة STPV غير متبادلة التي تستخدم طبقة وسيطة ذات خصائص إشعاعية غير متبادلة" ، قال. تشاو. "يمكن لمثل هذه الطبقة المتوسطة غير التبادلية أن تثبط بشكل كبير انبعاثها الخلفي إلى الشمس وتوجيه المزيد من تدفق الفوتون نحو الخلية.
لقد أظهرنا أنه مع هذا التحسين ، يمكن أن يصل نظام STPV غير التبادلي إلى حد Landsberg ، ويمكن أيضًا أن تشهد أنظمة STPV العملية ذات الخلايا الكهروضوئية أحادية الوصلة زيادة كبيرة في الكفاءة ".
إلى جانب الكفاءة المحسنة ، تعد STPVs بالاكتناز والقابلية للتوزيع (الكهرباء التي يمكن برمجتها حسب الطلب بناءً على احتياجات السوق).
في أحد سيناريوهات التطبيق المهمة ، يمكن أن تقترن STPVs بوحدة تخزين طاقة حرارية اقتصادية لتوليد الكهرباء على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع.
"يسلط عملنا الضوء على الإمكانات الكبيرة للمكونات الضوئية الحرارية غير التبادلية في تطبيقات الطاقة. يقدم النظام المقترح مسارًا جديدًا لتحسين أداء أنظمة STPV بشكل كبير. وقد يمهد الطريق لتطبيق أنظمة غير متبادلة في أنظمة STPV العملية المستخدمة حاليًا في قال تشاو.
مصدر القصة:
المواد المقدمة من جامعة هيوستن. الأصل بقلم لوري فيكمان.ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.
