تولید کارامد انرژی خورشیدی با کمک نانوذرات خود مونتاژ شونده

به گزارش مجله خبری نگار،فناوری حرارتی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی سازگار با محیط زیست برای مقابله با بحران سوخت‌های فسیلی پتانسیل دارد. با این حال، برداشت کننده‌های انرژی خورشیدی فعلی دارای محدودیت‌هایی در مقیاس پذیری و انعطاف پذیری هستند. برای مقابله با این چالش ها، محققان یک برداشت کننده خورشیدی جدید با قابلیت تبدیل انرژی پیشرفته طراحی کرده اند. هدف طراحی جدید ساده سازی ساخت و کاهش هزینه‌ها در عین بهبود عملکرد است

محققان با کمک نانوذرات خود مونتاژ شونده یک روش تولید انرژی خورشیدی کارآمد، مقرون به صرفه و انعطاف پذیر ایجاد کرده اند.

فن آوری حرارتی خورشیدی یک روش امیدوار کننده برای برداشت و تولید انرژی سازگار با محیط زیست است که نقش بالقوه‌ای در حل بحران انرژی سوخت‌های فسیلی دارد.

این فناوری نور خورشید را به انرژی حرارتی تبدیل می‌کند، اما جلوگیری از اتلاف انرژی و در عین حفظ جذب بالا چالش برانگیز است.

برداشت‌کننده‌های انرژی خورشیدی موجود که به مهندسی میکرو یا نانو متکی هستند، مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری کافی ندارند و به یک استراتژی جدید برای جذب نور خورشیدی با کارایی بالا نیاز دارد که در عین حال ساخت را ساده و هزینه‌ها را کاهش دهد.

محققان دانشگاه هاربین، دانشگاه ژجیانگ، مؤسسه اپتیک چانگچون و دانشگاه ملی سنگاپور در یک کار جمعی اکنون یک برداشت کننده خورشیدی با قابلیت تبدیل انرژی پیشرفته طراحی کرده اند.

این دستگاه از یک الگوی نانومقیاس شبه دوره‌ای استفاده می‌کند، به این معنی که بیشتر آن یک الگوی متناوب و ثابت است، در حالی که بخش باقی‌مانده حاوی نقص‌های تصادفی (برخلاف ساختار نانو) است که بر عملکرد آن تأثیری نمی‌گذارد. در واقع، کاهش الزامات سختگیرانه در تناوب ساختار، مقیاس پذیری دستگاه را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

این تصاویر تبدیل حرارتی خورشیدی دستگاه (سمت چپ) و برداشت ترموالکتریک خورشیدی را نشان می‌دهد. (سمت راست)
در فرآیند ساخت از نانوذرات خودمونتاژ شونده استفاده می‌شود که یک ساختار مواد سازمان‌یافته را بر اساس برهمکنش آن‌ها با ذرات مجاور بدون هیچ دستورالعمل خارجی تشکیل می‌دهند.

یینگ لی نویسنده این مطالعه از دانشگاه ژجیانگ می‌گوید: انرژی خورشیدی به عنوان یک موج الکترومغناطیسی در محدوده فرکانس وسیعی منتقل می‌شود.

یک برداشت کننده حرارتی خورشیدی خوب باید بتواند موج را جذب کند و داغ شود و در نتیجه انرژی خورشیدی را به انرژی حرارتی تبدیل کند. این فرآیند به جذب بالایی نیاز دارد) بهترین حالت۱۰۰درصد است (همچنین یک ماشین برداشت خورشیدی باید از تابش حرارتی خود جلوگیری کند تا بتواند انرژی حرارتی را ذخیره نماید.

برای دستیابی به این اهداف، یک برداشت کننده معمولاً یک سیستم ساختار نانوفتونیک دوره‌ای دارد. اما انعطاف پذیری و مقیاس پذیری این ماژول‌ها به دلیل استحکام الگو و هزینه‌های بالای ساخت محدود می‌شود.

لی گفت: برخلاف استراتژی‌های قبلی، ساختار نانوفوتونیکی شبه متناوب ما به‌جای تولید نانو پرهزینه و دشوار، توسط نانوذرات اکسید آهن (Fe۳O۴) خود مونتاژ می‌شود.

ساختار نانوفتونیک شبه متناوب آن‌ها جذب بالا (بیش از ۹۴٪) و انتشار حرارتی متوقف شده (کمتر از ۰.۲)، دارد. همچنین تحت نور طبیعی خورشیدی، جاذب دارای یک افزایش سریع و قابل توجه دما (بیش از ۸۰ درجه سانتیگراد) است.

بر اساس جاذب، این تیم تحقیقاتی یک برداشت کننده ترموالکتریک خورشیدی مسطح منعطف ساخت و به ولتاژ پایدار قابل توجه بیش از ۲۰ میلی ولت بر سانتی متر مربع رسید. آن‌ها انتظار دارند که در هر متر مربع تابش خورشیدی انرژی لازم برای ۲۰ دیود ساطع کننده نور تامین شود.

این استراتژی می‌تواند کاربرد‌های چگالی کم توان را برای مهندسی انعطاف پذیرتر و مقیاس پذیرتر برداشت انرژی خورشیدی ارائه دهد.

لی گفت: ما امیدواریم ساختار نانوفتونیک شبه دوره‌ای ما الهام بخش کار‌های دیگر باشد. وجود این ساختار بسیار کارآمد و تحقیقات بنیادی ما می‌تواند برای حد بالای برداشت انرژی خورشیدی، مورد استفاده قرار گیرد. مانند ژنراتور‌های ترموالکتریک خورشیدی مقیاس پذیر و انعطاف پذیر، که می‌توانند به عنوان یک جزء کمکی برداشت خورشیدی برای افزایش بازده کلی معماری‌های فتوولتائیک عمل کنند.