O problema da baixa eficiência de conversão causada pelo superaquecimento de células fotovoltaicas afeta muito o desempenho das células fotovoltaicas. Recentemente, pesquisadores da Universidade de Stanford reduziram efetivamente o excesso de radiação térmica das células fotovoltaicas, adicionando uma camada especial de vidro de quartzo à superfície das células fotovoltaicas, superando os problemas de resfriamento no desenvolvimento de células fotovoltaicas de alta eficiência.
As células fotovoltaicas são uma das fontes de energia renováveis mais promissoras e amplamente utilizadas no mercado atualmente. Embora seja fácil de fabricar, sempre houve um problema de conversão solar muito baixa. Excluindo a inevitável perda de energia, o superaquecimento de células fotovoltaicas é a principal razão para a baixa eficiência de conversão. Sob condições normais de trabalho, as células fotovoltaicas podem atingir facilmente temperaturas acima de 55 graus Celsius, limitando a taxa de conversão fotoelétrica e, ao mesmo tempo, reduzindo a vida útil da bateria. Os atuais métodos de resfriamento usam principalmente dispositivos de ventilação e líquidos refrigerantes, mas esses métodos são de falta de economia e afetam o desempenho fotovoltaico.
"Nossa nova abordagem pode reduzir passivamente a temperatura de operação das células fotovoltaicas, melhorando significativamente sua eficiência de conversão de energia e vida." O físico da Stanford University e principal autor do estudo, Zhu Linxiao, disse que esses dois benefícios são conducentes ao sucesso contínuo e amplo aplicação da tecnologia de células fotovoltaicas.
As células fotovoltaicas são dispositivos que convertem a luz solar diretamente em energia elétrica. O projeto mais bem sucedido e amplamente utilizado atualmente é o uso de materiais semicondutores de silício cristalino com um limite superior de conversão de energia de 30%. A energia solar que não é convertida produz radiação térmica que reduz o desempenho da célula fotovoltaica. A 1 grau Celsius, a temperatura da célula fotovoltaica é reduzida em 0,5%. Além disso, o aumento da temperatura também acelerará a taxa de envelhecimento das células fotovoltaicas, e a taxa de envelhecimento será duplicada para cada aumento de 10 graus Celsius.
"Este nível de redução de conversão é muito sério", disse Aaswath Raman, co-autor do estudo. Na indústria fotovoltaica, muito dinheiro está sendo usado para resolver o problema de conversão. Nosso método de cobrir células fotovoltaicas com uma superfície de vidro especial pode efetivamente melhorar a eficiência fotovoltaica.
No espectro, a luz visível transporta mais energia, enquanto a luz infravermelha transporta mais calor. Raios diferentes têm diferentes comprimentos de onda, e diferentes comprimentos de onda de luz têm refração e refletância diferentes quando passam por diferentes tipos e formas de superfícies. "O quartzo é transparente à luz visível, mas pode ajustar a refração e refletividade de alguns comprimentos de onda especiais da luz." Fan Shanhui explicou que este design de camada fina de quartzo, refletindo o infravermelho, não afeta o par de baterias. A absorção da luz visível não degrada o desempenho das células fotovoltaicas, que é uma solução quase ideal. Nosso objetivo é reduzir a temperatura de operação das células fotovoltaicas e, assim, aumentar a conversão solar.
No entanto, os resultados acima foram obtidos por simulação.
Zhu Linxiao e seus colegas estão atualmente fabricando esses dispositivos e conduzindo experimentos de teste. Seu próximo passo é demonstrar o efeito de resfriamento das células fotovoltaicas em um ambiente externo. "Acreditamos que este trabalho resolve um importante problema técnico de geração de energia fotovoltaica e otimiza o desempenho de células fotovoltaicas. Por isso, tem grande potencial comercial". Zhu Linxiao disse.
