Apa itu sel surya termal?
Sekelompok ilmuwan dari Massachusetts Institute of Technology telah mengembangkan perangkat surya baru yang mengubah panas yang dihasilkan oleh terlalu banyak radiasi menjadi sinar terfokus untuk menghasilkan energi yang murah dan berkelanjutan.
Panel surya yang ada berukuran besar, mahal dan efisiensinya rendah. Selain itu, energi matahari yang dapat digunakan oleh teknologi fotovoltaik tradisional ini juga terbatas, dan hanya dapat menyerap sebagian kecil energi matahari. Namun perangkat baru ini dapat mengubah sinar matahari menjadi panas, dan kemudian mengubahnya menjadi cahaya.Cahaya difokuskan pada sel surya dan dapat diterapkan pada spektrum.
Sel surya silikon yang umum digunakan saat ini dapat menangkap cahaya tampak dari ungu menjadi merah, yang menjadi faktor pembatas yang signifikan karena itu berarti bahwa sel tersebut tidak akan pernah menghasilkan lebih dari 32% konversi energi yang diperoleh di bawah sinar matahari. Tetapi skema desain baru ini dapat menghasilkan energi matahari yang lebih murah dan dapat bekerja terus menerus di bawah matahari.
Metode pemanfaatan energi matahari yang ada membutuhkan lahan yang luas, misalnya rata-rata rumah di Arizona di Amerika Serikat membutuhkan energi matahari 574 kaki persegi untuk memenuhi kebutuhan energi harian. Di Vermont, rumah yang sama membutuhkan 861 kaki persegi.
Perangkat surya baru ini diharapkan dapat menggandakan efisiensi sel surya tradisional, tetapi penerapan teknologi baru ini mungkin memerlukan waktu 10 tahun atau lebih.
Jadi, bagaimana cara kerjanya?
Langkah pertama dalam membuat alat tersebut adalah mengembangkan komponen yang disebut alat pemancar absorpsi, yang berfungsi sebagai corong cahaya di atas sel surya. Ia menggunakan nanotube karbon hitam padat untuk menangkap semua energi di matahari dan mengubah sebagian besar energi menjadi panas. Ketika suhu mencapai sekitar 1800 derajat Fahrenheit, lapisan pemancar yang berdekatan memancarkan energi dalam bentuk cahaya, yang difokuskan pada pita panjang gelombang yang dapat diserap oleh sel fotovoltaik.
Nanotube Karbon Hitam (MIT)
Seperti yang kita ketahui bersama, untuk radiasi termal total, di bawah kesetimbangan termodinamika, rasio daya pancaran terhadap laju absorpsi semua benda yang memancarkan dan menyerap radiasi termal adalah sama. Artinya penyerap yang baik adalah pemancar yang baik.
Nanotube karbon hitam adalah struktur fisik yang sempurna, yang dapat menyerap semua insiden radiasi elektromagnetik, terlepas dari frekuensi atau sudut insiden. Ini juga merupakan pemancar yang ideal. Pada setiap frekuensi, ia memancarkan energi radiasi termal yang sama atau bahkan lebih banyak daripada benda lain pada suhu yang sama.
Seperti yang diketahui orang, hitam mungkin bukan bayangan tergelap Perusahaan teknologi Inggris Surrey Nanosystems telah mengembangkan bahan tergelap di dunia, yang terbuat dari karbon nanotube. Ini dapat menyerap 99,96% cahaya yang menerpa itu. Menurut pengembangnya, di mata manusia, bahan yang disebut vantaback ini sepenuhnya menghapus semua fitur di permukaan objek, dan pada dasarnya menjadi blank khusus.
Material ini berwarna hitam seperti lubang, karena lapisan carbon nanotubes padat. Atom karbon yang digulung digunakan untuk membentuk kisi kristal, dan ketika dibiaskan di sekitar tabung, ia menyerap hampir semua cahaya.
Emitor terbuat dari kristal fotonik, yaitu struktur yang dapat dibuat pada skala nanometer untuk mengatur panjang gelombang cahaya yang melewatinya. Filter yang sangat khusus ditambahkan ke perangkat, yang dapat mengirimkan cahaya yang diubah sambil memantulkan sebagian besar foton yang tidak dapat digunakan. Ini menghasilkan lebih banyak panas dan lebih banyak cahaya yang dapat diserap sel surya, sehingga meningkatkan produktivitas sistem.
Kristal fotonik adalah struktur nano intermiten yang dapat mempengaruhi pergerakan foton dengan mendefinisikan elektron yang dapat diterima dan dilarang. Secara umum, kristal fotonik terdiri dari struktur nano media siklik atau media logam, yang memiliki bahan konstanta dielektrik rendah dan tinggi yang berbeda dalam satu, dua, dan tiga dimensi untuk mempengaruhi perambatan gelombang elektromagnetik dalam struktur. Oleh karena itu, dalam rentang frekuensi tertentu, transmisi cahaya benar-benar nol, yaitu celah pita fotonik.
Kristal fotonik tiga dimensi
Menurut sifat periodik struktur, kristal fotonik dapat dibagi menjadi tiga kategori: kristal fotonik satu dimensi (1d), dua dimensi (2d) dan tiga dimensi (3d).
Pada kristal fotonik satu dimensi, modulasi periodik indeks bias hanya terjadi pada satu arah, sedangkan perubahan indeks bias pada dua arah lainnya seragam. Struktur kristal fotonik periodik dalam dua arah yang berbeda dan seragam pada arah ketiga, yang disebut dua dimensi. Pada sebagian besar kristal fotonik dua dimensi, jika kisi kristal memiliki kontras indeks bias yang cukup besar, celah pita fotonik akan muncul.
Kristal fotonik tiga dimensi adalah struktur sedang yang dapat dimodulasi secara berkala sepanjang tiga sumbu berbeda di bawah kontras sedang yang cukup tinggi dan kondisi periodisitas yang sesuai. Celah pita fotonik muncul ke segala arah. Tidak seperti celah pita fotonik satu dimensi dan dua dimensi, celah pita fotonik tiga dimensi ini dapat memantulkan cahaya ke segala arah.
Dengan menggunakan pemancar penyerap panas, sinar matahari dapat diubah menjadi radiasi termal dan secara langsung disesuaikan dengan energi di atas celah pita fotovoltaik. Teknologi fotolistrik panas matahari dapat sangat meningkatkan efisiensi energi matahari dengan memanfaatkan sepenuhnya seluruh spektrum matahari, skalabilitas dan kekompakan (karena sifat solid-state), penjadwalan, dan kemampuan untuk menyimpan energi menggunakan metode termal atau kimia.
Model inovasi teknologi thermoelectric technology (TPV)
Thermo-Photovoltaic Technology (TPV) adalah metode yang menggunakan infra merah sebagai media untuk mengubah panas menjadi listrik. Pembakaran memanaskan pemancar menjadi pijar, dan radiasi termal yang dihasilkan diubah menjadi energi listrik oleh sel fotovoltaik. Perbedaan antara sistem fotovoltaik surya dan sistem TPV adalah bahwa sistem TPV menghasilkan cahayanya sendiri
Dibandingkan dengan teknologi generator mikro lainnya, TPV memiliki banyak keunggulan yang jelas. Proses konversi statis dapat dikurangi dengan baik ke tingkat milimeter, dan kepadatan daya yang tinggi dari pembakaran dan radiasi panas menghasilkan generator mikro yang kompak. Kekurangan dalam mengumpulkan sinar matahari secara efektif dalam penyerap dan mengendalikan spektrum di emitor terutama merupakan tantangan pada suhu operasi yang tinggi.
Karena karakteristik nanofoton dari permukaan yang memancarkan penyerapan, efisiensinya dapat mencapai 3,2%. Perangkat ini mengintegrasikan penyerap karbon nanotube multi-dinding dan pemancar kristal fotonik Si / SiO2 satu dimensi pada substrat yang sama, dan mengoptimalkan area penyerap-pemancar untuk menyesuaikan keseimbangan energi perangkat. Perangkat ini datar dan kompak dan dapat menjadi pilihan terbaik untuk konversi fotolistrik panas matahari berkinerja tinggi.
Karena energi matahari diharapkan menjadi sumber energi utama di masa depan, maka teknologi pemanfaatan energi panas matahari di bawah matahari juga akan terus berkembang, sehingga akan memasuki bidang aplikasi praktis dengan kemajuan inovasi teknologi.
- Penembakan jalanan New York terbaru dari He Sui, mengajari Anda cara membuat sepatu bot over-the-knee paling modis di musim gugur dan musim dingin
- Dari satelit pemantau iklim pertama di dunia hingga pengurangan emisi karbon, apa yang telah dilakukan pemerintah Jepang?
- Pencocokan syal sutra dan gaya rambut yang berulang-ulang bersifat multiguna, sehingga lebih bertekstur!
- Saya akan mengajari Anda cara memakai jaket denim dalam gaya N Jepang sekaligus, sehingga mudah untuk menciptakan gaya musim gugur yang modis dan kasual
- Akselerasi pembangunan mobil Evergrande! Bekerja sama dengan Harvard dalam tiga bidang utama kendaraan energi baru
- Kendaraan sel bahan bakar tidak layak untuk dipromosikan Mengapa perusahaan mobil internasional Toyota dan Mercedes-Benz melakukan upaya?