Tekutina, která štěpí sluneční světlo: jak NANOSPLIT mění slunce na elektřinu a teplo + test

• Elektřina a teplo z jednoho slunečního světla
• Problém horkých solárních článků
• Světelný filtr ze zinku a zlata
• Představeno výzkumné komunitě
• Práce pokračuje i po skončení projektu
• Chytrá optika pro solární energii
• Shrnutí
• Pět otázek: jak zacházíš s energií? (test)

⇑Elektřina a teplo z jednoho slunečního světla

Projekt NANOSPLIT financovaný z prostředků EU začal v roce 2021 a zaměřil se na zdokonalení koncentrovaných fotovoltaicko-termických (PV-T) systémů. Tyto hybridní konstrukce vyrábějí elektřinu a vysokoteplotní teplo současně.

Fungují tak, že čočky nebo zrcadla soustředí sluneční světlo na malou plochu solárního článku, zatímco přebytečné teplo, které při tom vzniká, se zachytává místo toho, aby přišlo nazmar.

⇑Problém horkých solárních článků

Tradiční PV-T systémy mají slabé místo. Při vysoké intenzitě slunečního záření rostou i teploty – a horké fotovoltaické články ztrácejí účinnost.

NANOSPLIT to řešil vytvořením spektrálních děličů na bázi nanokapalin. Ty filtrují přicházející sluneční světlo: nejužitečnější vlnové délky posílají na solární články a nevyužité vlnové délky, které vyvolávají teplo, pohlcují. Toto teplo lze pak využít pro ohřev užitkové vody nebo vytápění.

⇑Světelný filtr ze zinku a zlata

Průlom projektu spočívá v hybridních nanokapalinách složených z plošek oxidu zinečnatého a zlatých nanočástic. Společně fungují jako chytré světelné filtry.

Uvnitř filtru se sluneční světlo dělí na dvě cesty:

• viditelné a blízké infračervené světlo prochází k fotovoltaickým článkům,
• ultrafialové a infračervené vlnové délky nesoucí teplo míří k tepelným částem,
• solární články zůstávají chladnější, a právě s tím si běžné systémy nevědí rady.

Stručně řečeno, každá část slunečního spektra jde tam, kde je nejužitečnější, místo aby se v článcích ztratila jako nežádoucí teplo.

⇑Představeno výzkumné komunitě

Tým představil své poznatky na konferenci ECOS 2024 na Rhodu v Řecku. Sdílení výsledků na mezinárodním setkání je pro každou novou energetickou technologii důležitým krokem, protože myšlenku předloží dalším odborníkům, kteří řeší podobné problémy.

⇑Práce pokračuje i po skončení projektu

NANOSPLIT skončil v roce 2023, ale příběh tím neskončil. Tým spolupracuje s evropskými a indickými partnery na dalším vývoji.

Jedno z témat výzkumu se zaměřuje na nanokapaliny z uhlíkových teček, které lze „naladit“ na určité vlnové délky světla. Zároveň Solar Flow, spin-off společnost z Imperial College London, zkoumá využití tepla o vyšší teplotě v průmyslu.

Ukazuje to, jak může výzkumný projekt vést k několika novým směrům najednou: nové materiály v laboratoři a firma, která hledá průmyslové využití.

⇑Chytrá optika pro solární energii

Christos Markides, koordinátor projektu z Imperial College London, shrnuje výsledek: „NANOSPLIT úspěšně prokázal, jak pokročilá optická a tepelná řešení odemykají solární technologie nové generace.“

Pro studenty fyziky, materiálových věd nebo energetického inženýrství je NANOSPLIT dobrým příkladem toho, jak se optika, chemie a termodynamika spojují v jednom zařízení.

Hybridní systémy PV-T už dnes předčí samostatné fotovoltaické nebo solární tepelné systémy, protože jejich celková účinnost je vyšší. Rozdělením spektra posunul NANOSPLIT tuto výhodu dál: využívá celé sluneční spektrum a přitom udržuje články při nižších teplotách.

⇑Shrnutí

NANOSPLIT našel cestu, jak obejít hlavní slabinu koncentrovaných systémů PV-T: přehřívání solárních článků. Jeho hybridní nanokapaliny z plošek oxidu zinečnatého a zlatých nanočástic štěpí sluneční světlo – viditelné a blízké infračervené světlo posílají k článkům, ultrafialové a infračervené vlnové délky k tepelným částem. Projekt skončil v roce 2023 a práce na nanokapalinách z uhlíkových teček a na průmyslovém využití tepla pokračuje.

⇑Pět otázek: jak zacházíš s energií? (test)