پنل های خورشیدی معکوس و تولید برق در شب

تولید برق در شب توسط پنل های خورشیدی

آیا از سلول‌‌های خورشیدی می توانیم در شب هم انرژی تولید کنیم؟ اگر با سازوکار تبدیل انرژی در سلول فتوولتائیک آشنا باشید، چنین پرسشی به‌‌ نظرتان بسیار مسخره به نظر خواهد آمد، دانشمندان امروزه روی پنل‌ های خورشیدی کار می‌کنند که در شب قابلیت تولید انرژی داشته باشند. مقاله تحقیقاتی این دانشمندان تحت عنوان (Optically Coupling With Deep Space) چاپ شده است که شاید یکی از سخت‌ترین عناوین مقالات سال باشد.

اما این عنوان دقیقا چه معنی دارد و سلول های خورشیدی معکوس دقیقا چگونه کار می‌کنند؟ سلول‌های فتوولتاییک (Photovoltaics) حتی در روز های ابری هم قادر به جذب و ذخیره نور و گرما هستند. آن‌ ها کمترین طیف‌های نوری موجود در آسمان را هم جذب کرده و برای تولید انرژی الکتریکی استفاده می‌کنند.

توسعه سیستم فوتوولتائیک

دانشمندان برای توسعه سیستم‌های فتوولتاییک، سعی می‌کنند از سلول‌های حرارتی به جای سلول‌های فوتو استفاده کنند تا کمترین انرژی و حرارت دریافت و تبدیل به انرژی برق شود. در واقع کمترین طول موج انرژی را هم جذب شود.

اخیرا، محققان سراغ رویکردی با عنوان سلول‌های تابشی حرارتی معکوس رفتند. جرمی ماندی، استاد دانشکده‌‌ی مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه UC Davis کالیفرنیا، از انواع خاصی از سلول‌‌های فتوولتائیک سخن می‌‌گوید که در شرایط ایده ال شب می‌‌توانند ۵۰ وات در هر مترمربع انرژی تولید کنند. این میزان انرژی تقریبا یک‌‌چهارم خروجی انرژی پنل‌‌های فتوولتائیک رایج است. نتایج این مطالعه‌ مفهومی ماندی و تریستان دپه، ژانویه‌‌ی سال جاری میلادی در ژورنال علمی ACS Photonics منتشر شده است.

طرز کار سلولهای خورشیدی جدید و شباهت آن با انواع رایج

طرزکار سلول‌‌های خورشیدی جدید شباهت فراوانی با انواع رایج موجود دارد، با این تفاوت که در حالت عادی این سلول‌ها انرژی تابش‌های شدید خورشید را دریافت و تبدیل به انرژی الکتریکی کرده و به زمین تحویل می‌دهند. در حقیقت، انرژی خورشید آن‌قدر قوی و زیاد است که انرژی زمین در برابر آن صفر به نظر می آید. ولی در سلول‌های خورشیدی معکوس، قرار است زمین نقش خورشید را در شب ایفا کند و سلول‌های حرارتی بتوانند طیف‌های انرژی را از زمین دریافت و تبدیل به انرژی الکتریکی کنند.

اگر بتوانیم سلول‌های خورشیدی معکوس را در سقف خانه‌ها، کارخانه‌ها و مراکزی که به طور طبیعی تولیدکننده انرژی گرمایی هستند نصب کنیم این سلول‌ها انرژی را از زمین دریافت کرده و پس از تبدیل به منبع دیگری تحویل می‌دهند.

ماندی می‌کوشد نمونه‌‌ای آزمایشی از این سلول‌‌های خورشیدی شبانه را با قابلیت تولید انرژی اندک تولید کند و پژوهشگران امیدوار هستند بتوانند به‌‌مرور خروجی توان و بازدهی این قطعات را افزایش دهند.

هیت سینگ ها و شباهت آن با پنل های خورشیدی معکوس

روند کلی شبیه به چیزی است که از آن به عنوان هیت‌سینک یاد می کنیم و گیمرها با آن خیلی خوب آشنایی دارند. هیت‌سینک‌ها سعی می‌کنند حرارت و انرژی گرمایی را جمع‌آوری و در محیط دیگری آزاد یا تبدیل کنند.

تیم تحقیقاتی که روی پنل‌های خورشیدی معکوس کار می‌کنند، مدعی شدند این فناوری و رویکرد می‌تواند تا ۲۵ درصد تولید انرژی الکتریکی بیشتری نسبت به پنل‌های خورشیدی روز داشته باشد. به علاوه این فرآیند نوعی بازیافت انرژی به حساب می آید و باعث کاهش گرمای موجود در سطح کره زمین می‌شود. امروزه انواع ماشین‌آلات، کارخانه‌ها و فناوری‌ها به تولید گرما مشغول هستند و نیاز به سیستم‌هایی دارند تا این انرژی گرمایی را جمع‌آوری و در محل دیگری آزاد یا تبدیل کنند. هرچقدر بتوانیم انرژی‌های تجدیدپذیر بیشتری استفاده کنیم نیاز به نیروگاه‌هایی با سوخت فسیلی سنتی کمتری خواهیم داشت.

سلول های گرماتشعشعی

انواع دیگری از تجهیزات به نام سلول‌‌های گرماتشعشعی (Thermoradiative cell) وجود دارند که می‌‌توانند با تشعشع حرارت به محیط اطراف خود انرژی تولید کنند. اخیرا، پژوهشگران کوشیده‌‌اند با کمک این سلول ها انرژی حرارتی اضافی ناشی از موتورها را بازیافت کنند. سلول های گرماتشعشعی هنگامی که رو به آسمان قرار می گیرند، پرتو فروسرخ از خود ساطع می کنند چرا که دمای آن ها به‌‌ مراتب کمتر از دمای فضای خارج از جو است.

یک نکته جالب این است که پژوهشگران می‌گویند اگر جلوی مسیر تابش مستقیم نور خورشید را مسدود کنیم می توانیم به تولید انرژی در ساعات روز نیز ادامه دهیم. از آن جا که انواع جدید سلول‌‌های خورشیدی از لحاظ نظری می‌توانند در تمام ساعات شبانه‌‌روز انرژی تولید کنند، پژوهشگران بار دیگر به رویای برقراری تعادل تولید و مصرف انرژی با کمک منبع تجدیدپذیر در کل ساعات شبانه‌‌روز امیدوار شده‌‌اند.