Hλιακά κύτταρα αυτόματης ψύξης

Παρά τις μεγάλες προόδους κατά τις τελευταίες δεκαετίες, τα ηλιακά κύτταρα έχουν ακόμα προβλήματα αποτελεσματικότητας. Μόνο μια μικρή ποσότητα της ενέργειας από την ηλιακή ακτινοβολία που πέφτει στα ηλιακά κύτταρα μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια, φτάνοντας έως και κάτω από 20% για τα περισσότερα κύτταρα της αγοράς σήμερα. Η υπερθέρμανση είναι ένα μόνιμο πρόβλημα, επειδή το φως του ήλιου που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισμού συνήθως θερμαίνει τα πάνελ έως 55 ⁰ C ή και περισσότερο.

Αυτή η θέρμανση είναι που προκαλεί τα διαφόρων ειδών προβλήματα, τα περισσότερα εκ των οποίων έχουν ως αποτέλεσμα μια δραματική μείωση στην απόδοση. Σύμφωνα με την ομάδα του Στάνφορντ, κάθε βαθμός Κελσίου έχει ως αποτέλεσμα την πτώση της αποδοτικότητας κατά 0,5%. Ομοίως, με κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 ⁰ C ο ρυθμός επιδείνωσης των κυττάρων διπλασιάζεται. 

Η ψύξη είναι ένα προφανές βήμα, αλλά το ερώτημα είναι, πώς να το κάνουμε; Τα ενεργά συστήματα, όπως οι αντλίες ψύξης ή εξαερισμού, καταναλώνουν ενέργεια, ενώ τα παθητικά συστήματα δεν είναι πολύ αποτελεσματικά και μπορεί να επηρεάσουν τη λειτουργία των κυττάρων. Η λύση που πρότεινε ο Shanhui Fan, ο οποίος έχει εφαρμόσει στο παρελθόν παρόμοιες αρχές στην παθητική ψύξη των κτιρίων, είναι ένα σύστημα όπου στις συνήθεις ηλιακές κυψέλες παρέχεται ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα ειδικά διαμορφωμένου γυαλιού πυριτίου που έχει σχεδιαστεί για να παίρνει την θερμότητα μακριά από τα κύτταρα με τέτοιο τρόπο που να μην καταναλώνεται καμία ενέργεια και εκμεταλλεύεται τη θύρα υπερύθρων της ατμόσφαιρας για να ρίξει τη θερμότητα.

Το σύστημα αποτελείται από μικρο-πυραμίδες και κώνους μέτρησης πολύ μικρά σε πάχος, τα οποία έχουν τέτοιο μέγεθος και σχήμα ώστε να απομακρύνουν τη θερμότητα υπό τη μορφή υπέρυθρης ακτινοβολίας προς την κορυφή του στρώματος, όπου ακτινοβολεί και διασπείρεται στην ατμόσφαιρα. Βασίζεται στο γεγονός ότι τα διαφορετικά μήκη κύματος του φωτός έχουν διαφορετικές ιδιότητες και διαθλώνται διαφορετικά. Η ομάδα του Στάνφορντ προσάρμοσε το στρώμα γυαλιού πυριτίου για να επιτρέψει την είσοδο του ορατό φως και την απομάκρυνσης της θερμότητας με τη μορφή του υπέρυθρου φωτός. 

Το στρώμα γυαλιού πυριτίου είναι αδιαφανές στο ορατό φως, αλλά είναι επίσης εφικτό να τελειοποιήσουμε πως κάμπτεται και διαθλάται το φως των πολύ συγκεκριμένων μηκών κύματος», λέει ο Fan. «Μια προσεκτικά σχεδιασμένη στρώση διοξειδίου του πυριτίου δεν θα υποβαθμίσει την απόδοση του ηλιακού στοιχείου, αλλά θα ενισχύσει την ακτινοβολία στα προκαθορισμένα θερμικά μήκη κύματος για την πιο αποτελεσματική απομάκρυνση της θερμότητας του ηλιακού κυττάρου». 

Η ομάδα του Στάνφορντ δοκιμάζει και τελειοποιεί το στρώμα ψύξης με σκοπό τη μείωση της θερμοκρασίας κατά τη λειτουργία των ηλιακών πάνελ, προκειμένου να καταστούν πιο αποτελεσματικά και με μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας.

Πηγή: The Optical Society