Sončne celice na strehi Madison zgradbe. UW-Madison inženir je predlagal novo zasnovo sončnih celic, ki lahko hkrati proizvajajo in shranjujejo energijo.
Potencialna sončna energija, ki nam je na voljo, je morda na poletni sončni dan videti brezmejna, vendar je potrebno vso proizvedeno energijo nekako shraniti, da bi bila resnično koristna. Če vidite sončne celice na strehi povezane v obsežne sisteme in celo parkirno uro, sta relativno velika baterija ali super-kondenzator sicer skrita očem, vendar obe izvedbi sprejemata energijo iz panelov prek električnih vodov.
Kakorkoli že, ta način shranjevanja ni ravno priročen za naprave, ki se napajajo iz sončne energije in pri tem nimajo prostora za baterije.
V prizadevanju za manjši, bolj samozadosten vir sončne energije, je elektroinženir u Univerze Wisconsin-Madison (UW-Madison) predlagal izdelavo sončne celice v eni napravi, ki bi lahko istočasno pridobivala električno energijo iz sončne svetlobe in shranjevala višek proizvedene energije za kasneje.
Hongrui Jiang in njegovi študentje so razvili idejo, ki je bila objavljena v reviji Advanced Materials. Jiang je profesor za elektro in računalniški inženiring na UW-Madison in je specializiran za miniaturne naprave. Skupaj s svojimi študenti je kot veja National Institutes of Health (NIh) razvil tehnologijo za izdelavo kontaktnih leč, ki same prilagajajo goriščno razdaljo oči pri odraslih, ki trpijo zaradi presbiopije. To je naravni proces staranja, pri katerem se prožnost očesne leče zmanjša in se obenem zmanjša tudi sposobnost očesa, da izostri opazovano sliko, predvsem na kratkih razdaljah.
Za napajanje teh kontaktnih leč so Jiang in njegova ekipa izdelali model, ki uravnava pridobivanje, skladiščenje in porabo energije. „Potrebovali smo večnamensko napravo čisto majhnih dimenzij, da bi jo lahko vključili v strukturo ene same kontaktne leče,“ pravi Jiang.
Vrhnji sloj vsake fotovoltaične celice je običajna fotoelektroda, ki pretvarja sončno svetlobo v elektrone. V tem postopku pretvorbe gre pot elektronov v dveh smereh: večina elektronov tvori tok, ki je potreben za napajanje bremena, nekaj malega pa jih steče tudi na polimer poliviniliden fluorid (PVDF), s katerim so prevlečene nano-žice cinkovega oksida. PVDF ima visoko dielektrično konstanto, ki potrebna, da ga lahko uporabimo kot rešitev za shranjevanje energije. „Ko ne bo sonca, bo shranjena energija pritekla nazaj po nano-žicah in napajala breme.“
Končna zasnova omogoča, da lahko sončne celice standardne velikosti hkrati napajajo napravo in shranjujejo energijo za kasnejšo uporabo, s čimer je oblikovan sistem zaprtega kroga za male aplikacije, napajane s sončno energijo. „Nekaj energije, ki se oblikuje na lokalni ravni, imamo lahko shranjene prav na plošči, tako da jo lahko dobimo prav takrat, ko jo potrebujemo,“ pravi Jiang.
Že nekaj časa obstajajo tudi druge podobne sončne celice, imenovane fotovoltaične samopolnilne celice, vendar sposobnost neprekinjenega zagotavljanja energije v dežju ali soncu Jiangove ločuje od drugih.
Trenutno Jiangov preverjen koncept pretvarja v uporabno električno energijo le 4% sončne energije, ki doseže fotoreceptor in da je približno 20% manj učinkovit, kot večina komercialnih sončnih kolektorjev, ki se uporabljajo v današnjem času. Vendar pa nameravajo Jiang in njegova ekipa izboljšati zasnovo iz standardne velikosti fotovoltaične celice na velikost za njihovo specifično uporabo in pričakujejo, da se bosta pri tem izboljšali tako učinkovitosti konverzije kot tudi količina energije, ki jo lahko shranijo.
Ker lahko sistem enostavno povečamo, pravi Jiang, bodo mala električna omrežja (microgrids), ki jih uporabljamo za uravnoteženje obnovljivih virov energije v energetsko učinkovitih stavbah, še ena idealna rešitev, saj bi sončne celice, ki bi lahko same shranjevali energijo, zmanjšale potrebo po upravljanju baterije in bi omogočili inženirjem oblikovanje objektov, ki bi bili še manj odvisni od javnega električnega omrežja, kot so s sedanjimi sistemi.
So tudi futuristične aplikacije: razsvetljave slik, ki jih je mogoče namestiti na oddaljenih območjih brez dragih električnih vodov. „Lahko bi imeli en solarni panel nameščen tako, da bi shranjeval energijo, ki bi jo sistem morda potrebovali prek noči in v oblačnih dnevih,“ pravi Jiang.
Vir: Univ. of Wisconsin-Madison
Inovativne sončne celice energijo zbirajo in shranjujejo hkrati
2013_SE210_6
