Yeni Holografik Işık Toplayıcı Güneş Paneli Verimliliğini Artırıyor

Hologramlar Güneş Enerjisi Verimini Artırır

Yeni geliştirilen bir holografik ışık toplayıcı, bir yıl boyunca yaklaşık yüzde beşlik bir enerji dönüşümü artışı için güneş paneli verimliliğini artırıyor.

Güneş ışığından elde edilen enerji, dünyanın enerji talebini karşılamak için gerekenden 10.000 kat daha fazladır. Güneş ışığı, yenilenebilir enerji sistemlerinin tasarımında faydalı olan iki ana özelliğe sahiptir. Birincisi, zemin veya bir kişinin çatısı gibi sabit bir alana düşen güç miktarıdır. Bu miktar günün saatine ve mevsime göre değişir. İkinci özellik, güneş ışığının renkleri veya spektrumudur.

Güneş enerjisini yakalamanın bir yolu, güneş ışığını doğrudan elektriğe çeviren güneş pillerini kullanmaktır. İnsanların çatılarına yerleştirdikleri gibi bir güneş modülünde, birçok hücre sert bir panel üzerine monte edilir, birbirine bağlanır, mühürlenir ve koruyucu camla kaplanır. Güneş pili, güneş ışığının belirli renkleri üzerine düştüğünde ve tüm alan fotosellerle kaplandığında en iyi şekilde çalışır. Ancak, hücreleri bağlamak için bir miktar panel alanı gereklidir ve güneş pili şekli, kalan panel alanının tamamının güneş ışığını toplamasına izin vermeyebilir. Bu etkiler, güneş panelini olabileceğinden daha az verimli hale getirir. Bir güneş panelinde mümkün olduğunca fazla güneş ışığı yakalamak, güneş enerjisinden verimli bir şekilde yararlanmak için çok önemlidir.

Arizona Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda bir güneş panelini aydınlatan kullanılmayan güneş enerjisini yakalamak için yenilikçi bir teknik geliştirdiler. Journal of Photonics for Energy’de (JPE) bildirildiği gibi , güneş paneli paketine kolayca yerleştirilebilen özel hologramlar oluşturdular. Her hologram, güneş ışığının renklerini ayırarak güneş paneli içindeki güneş hücrelerine yönlendirir. Bu yöntem, bir yıl boyunca güneş paneli tarafından dönüştürülen güneş enerjisi miktarını yaklaşık yüzde beş oranında artırabilir. Bu, bir eve, bir şehre veya bir ülkeye güç sağlamak için gereken güneş panellerinin hem maliyetini hem de sayısını azaltacaktır.

Araştırma, artan enerji taleplerini sürdürülebilir bir şekilde karşılamak için elektrik üretimini dönüştürmenin zorluğunu ele almak için ABD Ulusal Bilim Vakfı ve ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenen QESST Mühendislik Araştırma Merkezi tarafından desteklendi.

Düşük maliyetli, sürdürülebilir tasarım

Doktora öğrencisi Jianbo Zhao tarafından, elektrik ve bilgisayar mühendisliği ve optik bilimleri profesörü Raymond K. Kostuk’un gözetiminde ve diğer doktora öğrencisi Benjamin Chrysler ile işbirliği içinde tasarlanan holografik ışık toplayıcı, düşük maliyetli bir holografik optik öğeyi bir difüzör. Optik eleman, maksimum etkili ışık toplama elde etmek için fotovoltaik modülün merkezine simetrik olarak yerleştirilmiştir.

Ekip, Tucson, Arizona için yıllık enerji verimi iyileştirmesini hesapladı ve günün farklı saatlerinde, farklı mevsimlerde ve farklı coğrafi konumlarda güneş açılarının bir fonksiyonu olarak holografik ışık toplayıcının güç toplama verimliliğini değerlendirmek için tekrarlanabilir bir yöntem sundu. konumlar.

Colorado Boulder Üniversitesi’nden JPE Genel Yayın Yönetmeni Sean Shaheen’e göre, toplayıcı ve ilişkili yöntem, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir olmaları ve aynı zamanda etkili olmaları nedeniyle özellikle dikkate değerdir: “Yıllık güneş enerjisi veriminde yaklaşık yüzde beş artış Bu teknikle sağlanan, küresel olarak kurulan 100 gigawattlık fotovoltaik fotovoltaiğin küçük bir kısmına bile ölçeklendiğinde büyük bir etkiye sahip olabilir. Profesör Kostuk’un ekibi, holografik yaklaşımlarını, büyük miktarlarda kolayca üretilen jelatin bazlı düşük maliyetli bir malzemeyle gösterdi. Jelatin normalde hayvan kolajeninden elde edilirken, laboratuvardan elde edilen versiyonlardaki ilerleme, sentetik alternatiflerin uygun ölçekte kullanılabilmesini mümkün kıldı.”

Zhao ve ortak yazarları, araştırmalarının sonuçlarından cesaret alıyor ve malzemelerin deneysel değerlendirmesi yoluyla holografik ışık toplayıcılarının enerji verimini daha da optimize etmek için gelecekteki çalışmaları dört gözle bekliyorlar.

Referans: Jianbo Zhao, Benjamin Chrysler ve Raymond K. Kostuk, 25 Mayıs 2021, Journal of Photonics for Energy .
DOI: 10.1117/1.JPE.11.027002