فناوری خورشیدی با ۱۵ برابر تولید انرژی بیشتر
باشگاه آلومینیوم: دانشگاه روچستر یک دستگاه ترموالکتریک جدید ساخته که قابلیت تولید برق از یک فناوری خورشیدی کمتر شناخته‌شده را ۱۵ برابر افزایش داده است و پتانسیل تحول در حوزه انرژی سبز را دارد. این دستگاه به‌جای تکیه بر سلول‌های خورشیدی معمولی، برق را مستقیم از گرمای ناشی از نور خورشید متمرکز استخراج می‌کند. این نمونه اولیه متعلق به دسته ژنراتورهای خورشیدی ترموالکتریک است که تفاوت دمای ایجادشده توسط نور خورشید را به برق تبدیل می‌کنند و با افزایش چشمگیر توان خروجی در ابعادی کوچک، نشان می‌دهد ایده‌ای قدیمی می‌تواند به سطح جدیدی برسد.
بیشتر پنل‌های خورشیدی خانگی، نور خورشید را مستقیم در ویفرهای نیمه‌هادی به برق تبدیل می‌کنند، اما دستگاه‌های ترموالکتریک خورشیدی از تفاوت دما در مواد ویژه برای تولید جریان الکتریکی پایدار استفاده می‌کنند. هنگامی که یک سمت دستگاه داغ‌تر از سمت دیگر باشد، اثر سیبک (فرآیندی ترموالکتریک که گرمای حامل‌های بار را به سمت سردتر می‌راند) فعال می‌شود و ولتاژی قابل بهره‌برداری ایجاد می‌کند. تمرکز تحقیقات این پژوهش بر استفاده از لیزرهای فوق‌سریع برای ساختاردهی سطوح مواد در کاربردهای انرژی و فوتونیک است. نسل‌های قبلی این ژنراتورها کمتر از یک درصد انرژی خورشیدی را در شرایط عملی تبدیل می‌کردند، در حالی که پنل‌های فتوولتائیک سقفی به راندمان ۲۰ درصدی می‌رسند؛ بنابراین بستن این شکاف نیازمند مدیریت هوشمند گرماست.
تیم یادشده در سمت گرم دستگاه با لیزرهای فمتوثانیه (Femtosecond، یکای زمان در دستگاه اِس آی) سطح یک صفحه نازک تنگستن را بازسازی و جنگلی از ساختارهای ریز ایجاد کردند که سطح را سیاه می‌کند. این زبری کنترل‌شده، سطح را به جذب‌کننده خورشیدی انتخابی تبدیل می‌کند که نور مرئی را به‌طور کارآمد جذب و گرمای مادون قرمز کمی ساطع می‌کند تا تنگستن تحت نور یکسان به دمای بالاتری برسد. برای جلوگیری از اتلاف گرما، یک فیلم پلاستیکی شفاف روی سطح کشیده شده که اثر گلخانه‌ای کوچک ایجاد و با کاهش همرفت، گرما را حفظ می‌کند. به جای اختراع مواد جدید، تمرکز بر مدیریت نور و گرما بدون قطعات متحرک بوده است.
در سمت سرد، همان لیزر روی فویل آلومینیوم شیارها و برجستگی‌های ریز ایجاد می‌کند که مساحت تماس را افزایش می‌دهد و گرما را سریع‌تر دفع می‌کند. این آلومینیوم فرآوری‌شده به‌عنوان هیت‌سینک یا گرماگیر فشرده عمل می‌کند و آزمایش‌ها نشان می‌دهد گرمای دو برابری نسبت به بلوک ساده دفع می‌کند. وزن کل ژنراتور تنها ۲۵ درصد بیشتر از ماژول خام است که برای کاربردهای قابل حمل همچون حسگرهای دورافتاده ایده‌آل به‌نظر می‌رسد.
مهندسان از ژنراتورهای ترموالکتریک کوچک برای حسگرها و کنترلرهای دورافتاده در اینترنت اشیا (IoT) استفاده می‌کنند که مصرف پایین (میکرووات تا میلی‌وات) و وجود گرادیان دما همچون لوله‌های داغ یا موتورها، آن‌ها را مناسب می‌کند. علاوه‌بر این در الکترونیک پوشیدنی، از تفاوت دمای پوست و هوا برای نظارت سلامت بهره می‌برند و در آینده می‌توانند شارژرهای خودرو، تابلوهای راهنمایی یا جعبه‌های اضطراری را پشتیبانی کنند.
این دستگاه آزمایشی نشان می‌دهد مدیریت سطوح نوری و حرارتی، گزینه‌هایی فراتر از پنل‌های فتوولتائیک فراهم می‌کند، با این حال ایجاد ساختارهای دقیق با لیزر هنوز در حد آزمایشگاهی است و مقیاس‌پذیری به سطوح بزرگ نیازمند سیستم‌های سریع و مقرون‌به‌صرفه می‌شود. حفظ عملکرد در برابر باران، گردوغبار و سیکل‌های حرارتی نیز با آزمایش‌های میدانی بررسی خواهد شد. اگر موانع برطرف شود، فناوری ترموالکتریک خورشیدی از ابزار دقیق به کاربردهای انرژی واقعی می‌رسد و در ترکیب با تجدیدپذیرها، سیستم‌های هیبریدی کارآمدتری تولید می‌شود.
منبع: ایمنا
