متمرکز کننده های خورشیدی به شکل برگ برای امکان انرژی تجدیدپذیر انعطاف پذیر و قابل مقیاس‌پذیری
در یک توسعه دیگر در حوزه انرژی خورشیدی، دانشمندان متمرکز کننده‌های خورشیدی لومینسانس (LSCs) که از دهه ۱۹۷۰ وجود داشته‌اند، را بهبود بخشیده و تحول داده‌اند.
پژوهشگران دانشگاه ریتسومیکان ژاپن یک مدل «LSC برگ‌مانند» را توسعه داده‌اند که محدودیت‌های LSCها را با افزایش جمع‌آوری و انتقال نور به سلول‌های فوتوولتائیک برطرف می‌کند.
LSCهای سنتی برای کاربردهای بزرگ مقیاس به دلیل وابستگی به آینه‌ها و لنزها چالش‌برانگیز هستند.
متمرکز کننده‌های خورشیدی لومینسانس می‌توانند نور پراکنده را جذب کنند و در کاربردهای فوتوولتائیک که دارای ویژگی های نیمه‌شفاف و رنگارنگ هستند از مزایای زیبایی‌شناختی برخوردار هستند.
بهبود بهره‌وری جمع‌آوری فوتون
با این حال، طراحی مدل جدید شبیه برگ افرا بهره‌وری جمع‌آوری فوتون را افزایش داده، تلفات را کاهش داده و سیستم را قابل تطبیق و جایگزین‌تر کرده است، که می‌تواند به استفاده عملی و گسترده‌تر از متمرکز کننده‌های خورشیدی منجر شود.
چالش اصلی مقیاس‌پذیری، کارشناسان را به طراحی LSC با استفاده از اجزای لومینسانس کوچکتر و متصل شبیه به برگ‌های یک درخت سوق داده است.
مطالعه نشان داده است که این راه‌اندازی جدید شامل قرار دادن صفحات لومینسانس در اطراف یک فیبر لومینسانس مرکزی است، با کناره‌های صفحات که به سمت فیبر هستند.
«این ترتیب به فوتون‌های واردشده اجازه می‌دهد که توسط صفحات به فوتون‌های PL تبدیل شوند، که سپس از طریق فیبر سفر کرده و در نوک آن توسط یک سلول PV جمع‌آوری شوند.»
راهنماهای نوری شفافی چندین فیبر را به یک سلول PV واحد متصل کردند، بهره‌وری را با افزایش مساحت جمع‌آوری نور و کاهش تلفات فوتون از خودجذب و پراکندگی افزایش دادند.
کاهش اندازه ماژول برای افزایش بهره‌وری در متمرکز کننده خورشیدی
به‌عنوان نتیجه طراحی جدید ماژولار متمرکز کننده خورشیدی، دانشمندان بهبود در بهره‌وری جمع‌آوری فوتون به دلیل ماژول‌های فردی کوچکتر را مشاهده کردند.
اندازه یک LSC به شکل برگ مربعی از ۵۰ میلی‌متر به ۱۰ میلی‌متر کاهش یافت، که باعث افزایش زیادی در بهره‌وری شد.
طراحی ماژولار همچنین تعویض آسان واحدهای آسیب‌دیده و ادغام آسان مواد لومینسانس جدید را هنگام توسعه آنها امکان‌پذیر می‌کند.
دانشمندان در بیانیه‌ای اعلام کردند که آزمایش‌ها نشان می‌دهد که کارایی نوری این ساختارهای برگ‌مانند به‌طور تحلیلی قابل محاسبه است.
این بر اساس طیف و شدت نور وارد شده، با استفاده از تکنیک تحریک نقطه‌ای واحد بوده است.
شان شهین، سردبیر JPE، استاد مهندسی و فیزیک در دانشگاه کلرادو بولدر، و یکی از اعضای موسسه انرژی تجدیدپذیر و پایدار بیان کرد: «این یافته‌ها یک روش خلاقانه را نشان می‌دهند که مفهوم متمرکز کننده‌های خورشیدی لومینسانس را برای هدایت مؤثر نور خورشید به سمت دستگاه‌های فوتوولتائیک مجاور پیش می‌برد.»
شهین اضافه کرد که با ترکیب طراحی‌های زیست‌الهام‌پذیر و قابل‌مقیاس با بهبودهای مهندسی نوری، نویسندگان بهره‌وری دستگاه‌های خود را به سمت چیزی که برای استفاده عملی نیاز است افزایش داده‌اند.
انرژی خورشیدی انعطاف پذیر و مقیاس‌پذیر
رویکرد جدید برگ راه را برای راه‌حل‌های انرژی خورشیدی انعطاف‌پذیر و قابل مقیاس باز می‌کند.
دانشمندان با هدف انقلاب در کاربردهای متمرکز کننده خورشیدی، مفهوم جمع‌آوری انرژی را گرفته و سیستم‌های انرژی خورشیدی جدید را کارآمدتر و قابل تطبیق‌تر کرده‌اند.
این فناوری امکان نصب در مقیاس بزرگ را برای ساخت سیستم‌های فوتوولتائیک یکپارچه فراهم می‌کند.
کارشناسان معتقدند که با پیشرفت فناوری، LSC برگ نوید بهبود عملکرد سیستم‌های انرژی خورشیدی و کمک به راه‌حل‌های انرژی پایدارتر را نشان می‌دهد.
این مطالعه ماه گذشته (۱۹ جولای ۲۰۲۴) در مجله فتونیک برای انرژی منتشر شد.
