Chociaż nowoczesna technologia paneli słonecznych jest przydatna w dążeniu człowieka do przejścia na energię odnawialną, takie panele nie mogą wytwarzać energii elektrycznej w nocy.
Teraz nowe badania sugerują, że możliwe jest zaprojektowanie paneli, które będą działać przez całą dobę.
Badania wykazały, że w optymalnych warunkach nocnych te specjalnie zaprojektowane ogniwa fotowoltaiczne mogą generować do jednej czwartej energii, którą wytwarzają w ciągu dnia.
Aby to osiągnąć, potrzebne są elementy promieniowania cieplnego – urządzenia wytwarzające energię poprzez chłodzenie radiacyjne, gdy promieniowanie podczerwone lub cieplne opuszcza element i wytwarza przy tym niewielką ilość energii.
Elementy promieniowania termicznego są już testowane w takich obszarach, jak produkcja i inżynieria mechaniczna, gdzie są wykorzystywane do przetwarzania ciepła odpadowego, na przykład wysokich temperatur generowanych przez silniki.
W przypadku paneli słonecznych w nocy, zastosowanie takich ogniw jest sposobem na wykorzystanie tego procesu.
„Pomyśleliśmy, że jeśli weźmiemy jedno z tych urządzeń, umieścimy je w ciepłym miejscu i skierujemy w górę” – mówi inżynier elektryk i informatyk Jeremy Munday z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis.
Aby osiągnąć ten efekt za pomocą promieniowania podczerwonego, potrzebujemy różnych rodzajów materiałów do konwencjonalnych paneli słonecznych, które mają tendencję do skupiania się na świetle widzialnym.
Następnym krokiem jest ustalenie, jaka kombinacja materiałów i elektroniki może stworzyć skuteczny panel, który może wykorzystać nocne niebo i jego otoczenie jako grzejnik.
„Typowe ogniwo słoneczne generuje energię poprzez pochłanianie światła słonecznego, co powoduje pojawienie się napięcia i prądu na urządzeniu” – mówi Munday. „W tych nowych urządzeniach emitowane jest światło, a prąd i napięcie idą w przeciwnym kierunku, ale nadal generujesz energię”.
„Trzeba używać różnych materiałów, ale fizyka jest taka sama”.
Według obliczeń naukowców panele słoneczne mogą wytwarzać do 50 watów energii elektrycznej na metr kwadratowy w idealnych warunkach.
Jest to pomysł, który jest badany przez kilka grup badawczych. W zeszłym roku widzieliśmy eksperymentalny system stworzony przez naukowców z Uniwersytetu Stanforda, który również wykorzystywał nierównowagę termiczną między nocnym niebem a Ziemią do generowania energii elektrycznej z promieniowania podczerwonego.
Chociaż istnieje długa droga do odpowiedniego skalowania tej technologii i zastosowania jej w praktyce, Mandei i jego koledzy opracowują obecnie prototypy, ale jest to potencjalnie stosunkowo tani i niedrogi sposób na utrzymanie paneli słonecznych w działaniu przez 24 godziny na dobę.
„Przestrzeń kosmiczna oferuje intrygujący, niskotemperaturowy radiator, który może dostarczać energię w dzień iw nocy dzięki inteligentnemu wykorzystaniu fotoniki, optyki i materiałoznawstwa” – podsumowują naukowcy w swoim artykule.
Badanie zostało opublikowane w ACS Photonics.
