انقلابی در تولید انرژی خورشیدی با فناوری جدید آلمانی

نجارت نیوز: در حالی که دولت‌ها در سرتاسر جهان برای انتقال به انرژی‌های سبز تلاش می‌کنند، شرکت‌ها نیز به شدت در تحقیق و توسعه برای بهبود تولید انرژی‌های تجدیدپذیر سرمایه‌گذاری می‌کنند. این تلاش‌ها شامل ساخت پنل‌های خورشیدی قوی‌تر و توربین‌های بادی بزرگ‌تر است. اکنون، یک تیم آلمانی معتقد است که فناوری جدیدی برای جمع‌آوری نور خورشید پیدا کرده‌اند که می‌تواند تولید انرژی خورشیدی را به طور قابل توجهی افزایش دهد.

فناوری جدید انرژی خورشیدی را متحول می‌کند؟

پنل‌های خورشیدی معمولی از سلول‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون استفاده می‌کنند که نور را در کل طیف مرئی جذب می‌کنند، اما به میزان ضعیفی. این سلول‌ها باید چندین میکرومتر ضخامت داشته باشند تا بتوانند فوتون‌های کافی برای تولید برق را جذب کنند، که آنها را سنگین و گران‌قیمت می‌کند.

در مقابل، سلول‌های خورشیدی لایه نازک که از رنگ‌های آلی تشکیل شده‌اند، ارزان‌تر و سبک‌تر هستند و تنها ۱۰۰ نانومتر ضخامت دارند، اما تنها قادر به جذب بخش کوچکی از طیف خورشیدی هستند. دانشمندان سال‌هاست که به دنبال راه‌حلی می‌گردند و هدفشان کارآمدتر کردن پنل‌های خورشیدی و کاهش وزن و هزینه است.

کشف جدید دانشگاه وورتسبورگ

به نقل از oilprice، دانشمندان دانشگاه وورتسبورگ آلمان، معتقدند که ساختاری را کشف کرده‌اند که می‌تواند تولید انرژی خورشیدی را به شدت افزایش دهد. این تیم از یک سیستم URPB (اشعه ماوراء بنفش، قرمز، بنفش و آبی) استفاده کرده‌اند که بر اساس شاخک‌های فتوسنتزی در گیاهان و باکتری‌ها طراحی شده است. این سیستم از چهار رنگ مختلف استفاده می‌کند که در یک پیکربندی دقیق روی هم چیده شده‌اند و به آنها اجازه می‌دهد نور را در طول موج‌های مختلف جذب کنند.

در طول مرحله آزمایش، تیم محققان توانستند 38 درصد نور ورودی را به انرژی مفید تبدیل کنند، در حالی که هر یک از چهار رنگ به تنهایی تنها بین یک تا سه درصد راندمان داشتند. پروفسور فرانک وورتنر توضیح داد: سیستم ما ساختار نواری مشابه ساختار نیمه هادی‌های معدنی دارد. این بدان معنی است که نور را به صورت پانکروماتیک در کل محدوده مرئی جذب می‌کند و از ضریب جذب بالای رنگ‌های آلی استفاده می‌کند. در نتیجه، می‌تواند مقدار زیادی انرژی نور را در یک لایه نسبتا نازک جذب کند.

چالش‌های پیش رو این فناوری

چالش بعدی افزایش مقیاس این فناوری برای استفاده تجاری است. در حالی که این فناوری در محیط آزمایشگاهی موفق بوده است، استفاده از آن در یک محیط واقعی ممکن است با چالش‌های بزرگ‌تری همراه باشد.

قیمت هر وات پنل خورشیدی کمتر از 50 سنت

این تنها آخرین فناوری است که در سراسر جهان با هدف افزایش تولید انرژی خورشیدی آزمایش شده است. شرکت‌ها در سرتاسر جهان با انگیزه سطوح بالاتر بودجه عمومی و مشوق‌های مالی، مانند معافیت‌های مالیاتی، و نیاز به افزایش ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر جهان برای کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی، سرمایه‌گذاری زیادی در تحقیق و توسعه در بخش انرژی خورشیدی انجام می‌دهند.

تولید انرژی خورشیدی در دهه گذشته جهشی داشته است. راندمان پنل‌های خورشیدی در دهه گذشته از حدود 17 درصد به بین 22 تا 29 درصد افزایش یافته و هزینه‌های تولید نیز به طور قابل توجهی کاهش یافته و قیمت هر وات پنل خورشیدی از حدود 5 دلار در سال 2000 به کمتر از 50 سنت امروز کاهش یافته است.

فتوولتائیک خورشیدی (PV) سریع‌ترین منبع انرژی در سطح جهان است که طبق آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA) از سال 2010 حدود 26 برابر شده است. ظرفیت نصب شده جهانی PV خورشیدی در پایان سال 2022 به 1047 گیگاوات رسیده است.

نوآوری‌های بیشتر در سلول‌های خورشیدی

محققان ترک نیز اخیراً پتانسیل یک ساختار سلول خورشیدی فتوولتائیک نیمه‌کروی را نشان داده‌اند که می‌تواند تا 66 درصد بیشتر از صفحات تخت معمولی نور خورشید را جذب کند.

این تیم اکنون به دنبال تولید یک نمونه اولیه برای آزمایش این فناوری است که در شبیه سازی‌های کامپیوتری امیدوارکننده به نظر می‌رسد.

همچنین سلول‌های خورشیدی پروسکایتی (PSC) نیز با عملکرد بالا و هزینه تولید پایین توجه زیادی را جلب کرده‌اند. پیشرفت‌های قابل توجهی در کارایی PSC‌ها مشاهده شده و در سال‌های اخیر با پیشرفت‌های قابل توجهی در کارایی، از حدود 3 درصد در سال 2009 به بیش از 25 درصد رسیده است. این امر وزارت انرژی آمریکا (DoE) و سایر موسسات دولتی و خصوصی در سراسر جهان را تشویق کرده است تا در بهبود فناوری PSC سرمایه گذاری زیادی کنند.

تا به امروز، اکثر آزمایشات PSC در محیط آزمایشگاهی انجام شده است. با این حال، یک تیم بین کشوری از محققان در آمریکا به رهبری دانشگاه کارولینای شمالی، در حال انتقال آزمایشات به خارج از کشور هستند. مرکز فناوری‌های تجاری‌سازی پروسکایت آمریکا موفق شد از این فناوری در خارج به مدت 29 هفته استفاده کند و بازده عملیاتی بیش از 16 درصد را به دست آورد.

فناوری‌های نوین می‌توانند انقلابی در تولید انرژی خورشیدی ایجاد کنند و کمک کنند تا اهداف اقلیمی جهانی به واقعیت نزدیک‌تر شوند. با وجود چالش‌ها، پیشرفت‌های مداوم در این حوزه نشان می‌دهد که آینده انرژی خورشیدی روشن است و شرکت‌ها و دولت‌ها باید با هم تلاش کنند تا این فناوری‌ها را به بهره‌برداری تجاری برسانند.