MIT -docent Marc Baldo (vänster) och postdoktoralen Shalom Goffri visar upp några organiska solkoncentratorer. © Donna Coveney/MIT Om du har installerat solpaneler på ditt tak, chansen är stor att du gjorde det mer för att hjälpa miljön än att spara pengar på din elräkning. Med den nuvarande kostnaden för solteknik, Det kan ta många år innan du börjar återbetala din investering. Ett nytt tag på en befintlig solenergiteknik kan förändra det.
Solpaneler använder halvledare, vanligtvis kiselbaserad, att förvandla solljus till elektricitet. Dessa halvledare fungerar som fotovoltaiska celler - när solljus träffar cellen, kislet absorberar energin i ljusvågorna. Denna energi upphetsar elektronerna i kislet, som lossnar. Fritt flödande elektroner blir elektricitet (se hur solceller fungerar för att lära sig mer). Den här installationen är i sig dyr eftersom, först, halvledare är dyra, och andra, för det är inte särskilt effektivt. En del av solens energi går förlorad i värme, och mycket av det träffar inte solcellerna alls eftersom solen inte är stillastående. Det betyder att det krävs en massa celler för att generera en betydande mängd el.
En lösning på detta problem som för närvarande prövas är användningen av solspårare . Det här är rörliga paneler av speglar som spårar solen över himlen, kastar ljuset på solcellerna. Detta får mer solljus in i systemet, men solspårare är extremt dyra, och inte bara för att de rör sig. Denna metod för att rikta stora mängder solljus tenderar att överhettas kiselcellerna, som kräver installation av dyra kylsystem.
En annan lösning på effektivitetsproblemet i solpaneler är solkoncentratorn. Detta är en billigare metod, och det är forskarna från Massachusetts Institute of Technology som nyligen förbättrats på ett sätt som kan revolutionera solenergitekniken. Vi kan installera dessa nya självlysande solkoncentratorer som fönster i våra hus - fönster som genererar kraft för att köra våra lampor, våra luftkonditioneringsapparater och våra apparater. Och vi kan göra det väldigt snart.
I den här artikeln, vi får reda på vad en självlysande solkoncentrator (LSC) gör, hur det fungerar och varför det är mer effektivt och billigare än äldre solteknik. Vi får se hur LSC kan användas och när de kan komma ut på den kommersiella marknaden.
Först, exakt hur koncentrerar du solljus?
Solkoncentratorer kan användas för att öka effektiviteten hos befintliga solpaneler. Nicolle Rager Fuller/NSF A solkoncentrator gör precis vad namnet antyder:Det tar solljuset som träffar ett brett område och buntar ihop det. Den coolaste delen av systemet är att det inte bara koncentrerar solljuset; det riktar också det solljuset till en mycket specifik, mindre plats.
Till skillnad från en solspårare, en solkoncentrator står stilla. Huvudkomponenterna i den traditionella designen är plast, färgmolekyler och solceller. En mängd olika färgmolekyler sprutas på ett plastark. Vid plastens ytterkanter finns solceller.
Kombinationen av plast och färgämnen fungerar som en vågledare . En vågledare är varje enhet som fångar ljus och sedan flyttar dessa ljusvågor längs en väg till en viss destination. I detta fall, när ljuset träffar plasten, färgämnena absorberar det. Solens energi överförs därigenom till färgämnet, vilket får elektronerna i dessa molekyler att hoppa till en högre energinivå. När elektronerna faller tillbaka till en lägre energinivå, färgmolekylerna släpper ut den energin i plastarket, där det fastnar. I en process som kallas total inre reflektion , ljuset kan komma undan plasten. Det studsar bara runt i materialet, slutligen ta sig till ytterytan. På den yttre ytan, solcellerna väntar på att absorbera ljuset och generera elektricitet.
En solkoncentrator kräver inget kylsystem, och det finns inga rörliga delar, vilket gör det billigare än en solspårare. Det finns en nackdel med den traditionella designen, fastän. Medan ljusenergin studsar runt i plasten, det absorberas ibland i färgmolekylerna och avges som värme. Denna energi, sedan, kommer aldrig fram till solcellerna.
Forskarna vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) gjorde några primära ändringar i systemet för att göra det mer effektivt och ännu billigare. De kallar det den självlysande solkoncentratorn (LSC). Först, de bytte in plasten mot glas. Glas är lättare att tillverka, och det öppnar upp några nya möjligheter när det gäller applikationer - mer om detta senare. De har också lagt till ett nytt element som eliminerar energiförlusten till återabsorption.
LSC består av ett glasskikt belagt med färgpartiklar. Det fungerar i princip som den gamla plastversionen förutom två tillägg. Först, en typ av aluminium som kallas tris (8-hydroxikinolin) tillsätts till blandningen av färgmolekyler. Dessa aluminiummolekyler gör att färgämnena avger ljusvågor med en frekvens som färgämnena inte kan absorbera. På det här sättet, inget ljus går förlorat vid återabsorption eftersom det tar sig till solcellerna vid glasets kanter.
I detta system, 10 gånger mer av solljuset som träffar panelen omvandlas till el jämfört med en traditionell solpanel [Källa:Economist]. Varje solcell utsätts för mycket mer solljus, vilket innebär att färre kiselceller behövs och kostnaden sjunker.
Hur långt ner? Forskare lägger inte ett dollarbelopp på produkten, men det är säkert billigare än solspårare. Med ökad effektivitet, det kommer också att kunna generera mer el per dollar än de solpaneler du ser på människors tak nu. Eftermonterad på nuvarande solpanelsystem, självlysande solkoncentratorer kan öka effektiviteten med 50 procent [Källa:ScienceDaily]. Den klart mest fantastiska aspekten av produkten, fastän, kommer från användning av glas:Genom att göra fönster av dessa LSC, glaset som släpper in solljus i våra hem och kontor kan också generera den kraft vi behöver för att driva dessa utrymmen.
Vi är inte riktigt där än, fastän. Det största hindret för att få dessa solenergifönster till våra hem är livslängd. Faktiskt, LSC -prototypen varar bara cirka tre månader [Källa:TreeHugger]. MIT -gruppen arbetar för att få panelen att bibehålla stabiliteten under de tio år som folk förväntar sig att den här typen av enheter håller. Men det är ganska nära - vi kan förvänta oss att självlysande solkoncentratorer kommer att vara tillgängliga för försäljning inom tre år [Källa:MIT].
För mer information om självlysande solkoncentratorer och solenergi i allmänhet, kolla in länkarna på nästa sida.
