Ogniwa słoneczne mają słaby punkt: im mocniej świeci słońce, tym bardziej się nagrzewają, a gorące ogniwo pracuje gorzej. Europejski projekt NANOSPLIT znalazł na to sposób – nanopłyn z tlenku cynku i nanocząstek złota, który działa jak inteligentny filtr światła. Część promieni zamienia się w prąd, a reszta w ciepło do podgrzania wody czy ogrzania mieszkania — a na końcu możesz sprawdzić, jak sam korzystasz z energii.
Projekt NANOSPLIT, finansowany ze środków UE, ruszył w 2021 roku z jasnym celem: poprawić wydajność skoncentrowanych układów fotowoltaiczno-termicznych, w skrócie PV-T. To rozwiązania hybrydowe, które jednocześnie wytwarzają energię elektryczną i użyteczne ciepło o wysokiej temperaturze.
Jak to działa? Soczewki albo lustra skupiają promienie słoneczne na niewielkiej powierzchni ogniwa, a nadmiar powstającego przy tym ciepła jest wychwytywany. Takie układy mogą pomóc zwiększyć udział odnawialnych źródeł w miksie energetycznym.
Konwencjonalne technologie PV-T mają jedną poważną wadę. Przy silniejszym promieniowaniu słonecznym rośnie też temperatura, a to obniża wydajność ogniw fotowoltaicznych.
Zespół NANOSPLIT rozwiązał ten problem, projektując nowe rozdzielacze spektralne oparte na nanopłynach. Taki rozdzielacz filtruje światło: optymalne długości fal przepuszcza do ogniw, gdzie zamieniają się w prąd, a niewykorzystane długości fal pochłania. Powstające ciepło można wykorzystać do podgrzewania wody użytkowej albo ogrzewania pomieszczeń.
Serce tego rozwiązania to starannie zaprojektowane hybrydowe nanopłyny. Składają się z warstw tlenku cynku i nanocząstek złota, a razem działają jak inteligentny filtr światła słonecznego.
Promienie rozchodzą się w nim na dwie drogi:
Ciepło jest skutecznie zatrzymywane przez nanopłyny, dzięki czemu materiał jest trwały i zachowuje sprawność także w dłuższej perspektywie.
Hybrydowe systemy PV-T już dziś wyprzedzają samodzielne instalacje fotowoltaiczne i słoneczne systemy termiczne, bo ich ogólna wydajność jest znacznie wyższa. Rozdzielanie widma pozwoliło pójść o krok dalej i wykorzystać pełne widmo promieniowania słonecznego.
Oddzielając ultrafiolet i podczerwień od widzialnej części widma, zespół zwiększył wydajność wytwarzania prądu, a jednocześnie pozyskiwał ciepło. Wyniki zaprezentowano na międzynarodowej konferencji ECOS 2024 na Rodos w Grecji, poświęconej termodynamice i zrównoważonej transformacji energetycznej.
NANOSPLIT dobiegł końca w 2023 roku, ale zespół kontynuuje i nawiązuje nowe współprace z partnerami w Europie i w Indiach. Ostatecznym celem jest wdrożenie technologii w praktyce.
Najnowsze badania dotyczą nanopłynów z kropkami węglowymi, które można „dostrajać” tak, by reagowały na określone kolory światła. Potencjalnie da się je łączyć z innymi materiałami albo modyfikować ich strukturę, by były mocniejsze, stabilniejsze i bardziej wydajne.
Z kolei Solar Flow, firma typu spin-out z Imperial College London, skupia się na przemysłowych zastosowaniach ciepła o wyższych temperaturach. To obszar o dużym potencjale przystępnej cenowo redukcji emisji dwutlenku węgla.
Pełna nazwa projektu brzmi Nanofluid Spectral Beam Splitter Assisted Hybrid CPV/T System. Koordynował go Christos Markides, profesor technologii czystej energii w Imperial College London. „W ramach projektu NANOSPLIT udało się wykazać, jak zaawansowane rozwiązania optyki mogą być stosowane do nowej generacji technologii solarnych” — podsumowuje badacz.
NANOSPLIT pokazał, jak obejść największą słabość skoncentrowanych systemów PV-T: przegrzewanie ogniw. Nanopłyn z tlenku cynku i nanocząstek złota rozdziela światło, kierując część widma do ogniw, a resztę do elementów termicznych. Dzięki temu ogniwa pracują wydajniej i dłużej, a ciepło można wykorzystać w domu lub w przemyśle. Prace nad technologią trwają z partnerami w Europie i w Indiach.
5 pytań · minuta
poleca:
