Gece Elektrik Üreten Güneş Paneli Geliştirildi
Stanford mühendisleri geceleri elektrik üreten bir güneş paneli icat etti.
Bu sayde radyasyonlu soğutma, bazı uygulamalarda pahalı pillere olan ihtiyacı azaltabilir.
Stanford, California’nın üzerindeki gökyüzü, geçen Ekim ayında birkaç gece boyunca alışılmadık derecede açıktı.
Bulutsuz gecelerde elektrik mühendisleri enerji üreten güneş panelleri geliştirdi. Berrak bir gece, güneş panellerinin yüzeyinden gelen kızılötesi ışığın serbestçe uzaya yayılabileceği anlamına gelir.
Bu enerji akışı, Assavorrarit ve meslektaşlarının yarattığı cihazın – bir termoelektrik jeneratörle donatılmış sıradan bir güneş paneli – ortam havası ile derinlere işaret edilen bir güneş panelinin yüzeyi arasındaki küçük sıcaklık farkından küçük bir miktar elektrik üretmesini sağlar. uzay.
Geceleri güneş panelleri masayı çevirir ve fotonlar yayar.
Yeni teknoloji, güneş panelleriyle ilgili şaşırtıcı bir gerçeğin avantajından yararlanıyor.
Assawaworrarit, “Gün boyunca Güneş’ten gelen ve güneş piline çarpan bir ışık var, ancak gece boyunca tersine bir şeyler oluyor” diyor.
Bunun nedeni, güneş panellerinin – mutlak sıfırdan daha sıcak olan her şey gibi – kızılötesi radyasyon yaymasıdır.
“Aslında [güneş panelinden] çıkan ışık var ve bunu geceleri elektrik üretmek için kullanıyoruz. Gece gökyüzüne çıkan fotonlar aslında güneş pilini soğutuyor” diyor.
Bu fotonlar güneş panelinin gökyüzüne doğru olan yüzeyini terk ederken, beraberinde ısıyı da taşırlar. Bu, açık bir gecede – kızılötesi ışığı Dünya’ya geri yansıtacak bulutların olmadığı zaman – bir güneş panelinin yüzeyinin etrafındaki havadan birkaç derece daha soğuk olacağı anlamına gelir. Bu sıcaklık farkı, Assawaworrarit ve meslektaşlarının yararlandığı şeydir. Termoelektrik jeneratör adı verilen bir cihaz, daha sıcak havadan daha soğuk güneş paneline akan ısının bir kısmını yakalayabilir ve bunu elektriğe dönüştürebilir.
Açık bir gecede, Stanford çatısında test edilen Assawaworrarit cihazı, her metrekare güneş paneli için (50 mW/m 2 ) yaklaşık elli miliwatt üretir.
“Bence bu muhtemelen bir rekor rakam” diyor. Ancak Assawaworrarit ve ekibi orada durmuyor. Birkaç iyileştirme (ve iyi bir konumda) ile böyle bir cihazın iki kat elektrik üretebileceğini söylüyor.
“Teorik sınır muhtemelen metrekare başına bir veya iki watt’tır” diyor. “Bu çok büyük bir sayı değil, ama bir çok uygulama var” geceleri bu tür bir enerjinin işe yarayacağı yerler.
Örneğin, dünya nüfusunun büyük bir kısmı – kabaca bir milyar insan – bir elektrik şebekesine . Bu durumda yaşayan insanlar “gündüz güneş enerjisine güvenebilir, ancak geceleri yapabilecekleri pek bir şey yok” diyor. Birkaç bin şarj döngüsünden sonra önemli ölçüde bozulan pillerin aksine, bu güneş panellerinde kullanılan termoelektrik jeneratörler katı haldedir, “bu nedenle kullanım ömrü neredeyse sonsuza kadardır” diyor.
Teknolojinin bir başka iyi kullanımı, araştırmacıların hava koşullarından dünyanın uzak köşelerindeki istilacı türlere kadar her şeyi takip etmek için kullandıkları devasa çevresel sensörler ağına güç vermektir. Yine, geceleri az miktarda elektrik üreten güneş panelleri, pil ihtiyacını ve bunların yol açtığı bakım ve değiştirme maliyetlerini azaltabilir.
Assawaworrarit, “Metrekare başına bir watt’a kadar çıkabiliyorsanız, maliyet açısından çok çekici olur” diyor.
Buluş, kolayca gözden kaçan bir enerji kaynağına giriyor
Dünya sürekli olarak Güneş’ten 173.000 terrawatt’a kadar muazzam miktarda enerji alıyor. Bulutlar, atmosferdeki parçacıklar ve karla kaplı dağlar gibi yansıtıcı yüzeyler, bu enerjinin yüzde 30’unu anında uzaya yansıtır. Geri kalan kısmı ise toprağı, okyanusları, bulutları, atmosferi ve gezegendeki diğer her şeyi ısıtıyor.
Ama bu enerji burada kalmıyor. İnsanlar Sanayi Devrimi’nden bu yana bol miktarda fosil yakıt yakmaya başladığında, sera gazlarının yakaladığı ek ısı dışında, Dünya aldığı kadar enerji gönderiyor. Bu nedenle gezegen, kızılötesi radyasyon olarak gerçekten akıllara durgunluk veren miktarda enerji yayar.
Assawaworrarit, “Bu bir tür ışık” diyor. Sıcak Dünya’dan (veya başka herhangi bir şeyden) parlayan kızılötesi radyasyon, gözlerin göremediği kadar uzun dalga boylarına sahiptir, ancak enerji taşır. Aslında, Dünya’ya çarpan toplam güneş enerjisi miktarının yarısından fazlası bu süreçten geçer ve sonunda uzaya geri döner.
Assawaworrarit ve meslektaşlarının yaptığı şey, gezegenden ayrılırken bu enerjiyi yakalamanın yeni bir yolunu tasarlamak. Bu tür bir enerjiyi yakalamak için bir termoelektrik jeneratörü ilk kullananlar onlar değil ( IE birini ele ilk büyük yeniliklerden , 2019’da bu alandaki Araştırmacılar, bu yeni teknolojiyi gün boyunca elektrik üreten güneş panelleri ile entegre ederek, sıradan insanların bu enerjiyi kendileri için yakalamasını mümkün kılmak için önemli bir adım attılar.
Her şey radyasyonlu soğutmaya bağlı
Modern bilim adamları, bulutsuz gece gökyüzüne doğru işaret edilen bir yüzeyin etrafındaki havadan daha soğuk olabileceğini fark eden ilk insanlar değil. Bu fenomene radyasyonlu soğutma denir ve muhtemelen bunu sabah ilk iş olarak görmüşsünüzdür. Sıcaklıklar 30’ların ortalarına veya düşüklerine düştükten sonra ancak donma noktasının oldukça altına düşmedikten sonra çimlerde daha belirgindir.
Assawaworrarit, “Ortam sıcaklığı donma noktasının birkaç derece üzerinde olsa bile, [çim] yaprağının sıcaklığı aslında daha düşüktür.” “Çim ortam sıcaklığının birkaç derece altındaysa ve ortam donma noktasının biraz üzerindeyse, çim aslında donma noktasının altında olabilir.”
Bu, yalnızca gökyüzü açık olduğunda meydana gelen garip (ince de olsa) bir fenomendir. Bunun nedeni, bulutların kızılötesi ışığı Dünya yüzeyine geri yansıtarak zemini ısıtmasıdır. Assawaworrarit, “Bunu göremezsiniz çünkü insanların göremediği bir dalga boyunda oluyor” diyor, ancak ışınımsal soğuma her zaman oluyor.
Modern bilim adamları da radyasyonlu soğutmayı işe koyan ilk insanlar değil. Güneydoğu İran, Eski Perslerin fenomeni sömürmek için kullandığı Yakhchāls adı verilen düzinelerce buz evinin kalıntılarını içeriyor. Yapılar faaliyete geçtiğinde insanlar buz evlerinin yanındaki sığ havuzlara su dökerdi. Hava sıcaklığı en yüksek 30’larda veya en düşük 40’larda olsa bile su donardı. Sabahları insanlar buzu toplar ve yaz boyunca buzu donma noktasının altında tutmak için farklı bir dizi pasif soğutma tekniği kullanan yakındaki bir arı kovanı benzeri yapıya aktarırdı.
Bu teknolojiyi geliştirmek, çeşitli mühendislik zorluklarını beraberinde getirir.
Bu gece güneş panellerinin ardındaki fiziği anlamak, savaşın sadece bir parçası. Mühendisler, için yıllardır çalışıyorlar onları gerçek dünyada kullanılmaya değer olacak kadar verimli hale getirmek
Assawaworrarit ve meslektaşları, pandemi sırasında sorun üzerinde çalışmaya başladı.
“Başlangıçta biraz takıldık çünkü erken aldığımız derin sayı beklediğimize yakın değildi” diyor. Aylarca sayıları çarpıttıktan sonra, ekibin ilk deneyi, cihazın erken yinelemelerinin bekledikleri elektrik miktarının yaklaşık onda birini ürettiğini gösterdi.
Yollarına çıkan büyük bir sorunun olduğu ortaya çıktı.
, “Bir güneş pili aslında çok iyi bir ısı iletkeni değildir” diyor. “Sorun burada yatıyor.” Mühendisler, güneş panelinin kenarlarından kaçan enerjinin sistemin enerji çıkışına çok fazla katkıda bulunmadığını fark ettiler, çünkü termal enerji güneş pilinin içinden kolayca geçemezdi.
“Geriye dönüp bakıldığında, kulağa basit geliyor” diyor. “Ama o noktada, açık değildi.”
Mühendisler, güneş pilini doğrudan enerjiyi çok daha verimli ileten bir alüminyum levhaya bağlayarak sorunu çözdüler.
“Bu bir tür aydınlanmaydı” diyor.
