Солнечные батареи — наиболее перспективная и широко используемая технология возобновляемых источников энергии на современном рынке. Хотя солнечные панели легкодоступны и просты в изготовлении, даже самые лучшие из них преобразовывают в электроэнергию лишь часть получаемой от солнца энергии.

Удивительно большая доля энергии солнца уходит на нагрев и перегрев элементов батареи. При нормальных условиях эксплуатации солнечные элементы могут нагреваться до 55 градусов по Цельсию и даже более.

Перегрев существенно ухудшает эффективность и может заметно сократить срок службы солнечных элементов, Активное охлаждение, вентиляция, охлаждающие жидкости — всё стоит дорого и подчас не может оптимизировать систему.

Предложенная американцами конструкция позволяет избежать этих проблем путём более элегантного пассивного подхода к охлаждению. Крошечные пирамиды, конусообразные структуры из тончайшего слоя кварцевого стекла перенаправляет нежелательное тепло в виде инфракрасного излучения с поверхности солнечных батарей обратно в атмосферу.

Наш новый подход может понизить рабочую температуру солнечных батарей пассивно, повышая эффективность преобразования энергии и увеличивая продолжительность срока службы солнечных батарей, пишут авторы исследования. Эти два преимущества обусловят дальнейшие успехи и развитие технологии солнечных элементов, уверена группа Фаня.

Солнечные батареи прямо преобразовывают лучи солнца в электрическую энергию. Когда фотоны света проходят по полупроводниковым регионам фотоэлементов панели, они высвобождают электроны из атомов. Те в свою очередь создают в системе ток. Наиболее успешные и широко применяемые конструкции — кремниевые полупроводники — на сегодняшний день конвертируют менее 30% получаемой энергии даже на пике эффективности.

Солнечная энергия, которая не преобразуется и генерирует избыточное тепло, неумолимо уменьшает производительность батареи. Каждый градус, на который повышается температура, понижает эффективность ячейки примерно на полпроцента. Это снижение является весьма значительным: солнечная энергетика инвестирует значительные средства для решения этой проблемы.

Новый метод изменяет конструкцию, чтобы повысить эффективность ключевого элемента.

Исследователи использовали базовые знания о преломлении света. Дело в том, что световые волны различной длины взаимодействуют с солнечными элементами по-разному: видимый свет наиболее эффективен для генерации электроэнергии, в то время как инфракрасный более эффективен при проведении тепла. Различные длины волн также по-разному преломляются, в зависимости от типа и формы материала, через который они проходят.

Видимый свет проходит через дополнительный слой кварцевого стекла беспрепятственно, а инфракрасный перенаправляется (отражается).

"Кремний прозрачен для видимого света, но благодаря тонким манипуляциям он может преломлять свет очень специфических длин волн, – комментирует Фань. – Тщательно проработанный нами слойдиоксида кремния не ухудшает характеристики солнечного элемента, но повышает излучение в заданном диапазоне тепловых волн для более эффективной транспортировки тепла в ячейку".

В ходе исследования учёные проверили два разных кремниевых слоя: плоскую поверхность толщиной около 5 миллиметров и тонкий слой из микроконусов толщиной в несколько микрон. Микроконусы можно настроить таким образом, что они будут перенаправлять лишь нежелательный инфракрасный свет от солнечного элемента обратно в космос. Второй вариант был признан идеальным.

Отметим, что дополнительные недостаток прежних систем ещё и в том, что при повышении температур солнечные батареи быстрее стареют. Пассивное охлаждение позволит им удалять избыточное тепло, не тратя энергию основных элементов.

Следующим шагом исследователей станет демонстрация радиационного охлаждения солнечных батарей во внешней среде.

Также по теме:
Робот поможет солнечным батареям получать больше энергии 
В Швейцарии установлен новый рекорд эффективности гибких солнечных батарей 
Поп и рок-музыка увеличивает производительность солнечных батарей 
Соль для ванны сделает солнечные батареи дешевле и безопаснее
Встраиваемые в дорогу солнечные батареи собирают средства на Kickstarter 
Минерал перовскит произведёт революцию в солнечной энергетике 
Обезьяны крушат солнечные батареи, оставляя саудитов без света