Tekutina, ktorá štiepi slnečné svetlo: ako NANOSPLIT mení slnko na elektrinu a teplo + test

• Elektrina a teplo z jedného slnečného svetla
• Problém horúcich solárnych článkov
• Svetelný filter zo zinku a zlata
• Predstavené výskumnej komunite
• Práca pokračuje aj po skončení projektu
• Inteligentná optika pre solárnu energiu
• Zhrnutie
• Päť otázok: ako zaobchádzaš s energiou? (test)

⇑Elektrina a teplo z jedného slnečného svetla

Projekt NANOSPLIT financovaný z prostriedkov EÚ sa začal v roku 2021 a zameral sa na zdokonalenie koncentrovaných fotovoltaicko-termických (PV-T) systémov. Tieto hybridné konštrukcie vyrábajú elektrinu a vysokoteplotné teplo súčasne.

Fungujú tak, že šošovky alebo zrkadlá sústredia slnečné svetlo na malú plochu solárneho článku, pričom prebytočné teplo, ktoré pri tom vzniká, sa zachytáva namiesto toho, aby sa premrhalo.

⇑Problém horúcich solárnych článkov

Tradičné PV-T systémy majú slabé miesto. Pri vysokej intenzite slnečného žiarenia rastú aj teploty – a horúce fotovoltaické články strácajú účinnosť.

NANOSPLIT to riešil vytvorením spektrálnych deličov na báze nanokvapalín. Tie filtrujú prichádzajúce slnečné svetlo: najužitočnejšie vlnové dĺžky posielajú na solárne články a nevyužité vlnové dĺžky, ktoré vyvolávajú teplo, pohlcujú. Toto teplo možno potom využiť na ohrev úžitkovej vody alebo vykurovanie.

⇑Svetelný filter zo zinku a zlata

Prielom projektu spočíva v hybridných nanokvapalinách zložených z plôšok oxidu zinočnatého a zlatých nanočastíc. Spoločne fungujú ako inteligentné svetelné filtre.

Vo vnútri filtra sa slnečné svetlo delí na dve cesty:

• viditeľné a blízke infračervené svetlo prechádza k fotovoltaickým článkom,
• ultrafialové a infračervené vlnové dĺžky nesúce teplo smerujú k tepelným častiam,
• solárne články zostávajú chladnejšie, a práve s tým si bežné systémy nevedia rady.

Stručne povedané, každá časť slnečného spektra ide tam, kde je najužitočnejšia, namiesto toho, aby sa v článkoch stratila ako nežiaduce teplo.

⇑Predstavené výskumnej komunite

Tím predstavil svoje poznatky na konferencii ECOS 2024 na Rodose v Grécku. Zdieľanie výsledkov na medzinárodnom stretnutí je pre každú novú energetickú technológiu dôležitým krokom, pretože myšlienku predloží ďalším odborníkom, ktorí riešia podobné problémy.

⇑Práca pokračuje aj po skončení projektu

NANOSPLIT sa skončil v roku 2023, ale príbeh sa tým neskončil. Tím spolupracuje s európskymi a indickými partnermi na ďalšom vývoji.

Jedna z tém výskumu sa zameriava na nanokvapaliny z uhlíkových bodiek, ktoré možno „naladiť“ na určité vlnové dĺžky svetla. Zároveň Solar Flow, spin-off spoločnosť z Imperial College London, skúma využitie tepla s vyššou teplotou v priemysle.

Ukazuje to, ako môže výskumný projekt viesť k viacerým novým smerom naraz: nové materiály v laboratóriu a firma, ktorá hľadá priemyselné využitie.

⇑Inteligentná optika pre solárnu energiu

Christos Markides, koordinátor projektu z Imperial College London, zhrnuje výsledok: „NANOSPLIT úspešne preukázal, ako pokročilé optické a tepelné riešenia odomykajú solárne technológie novej generácie.“

Pre študentov fyziky, materiálových vied alebo energetického inžinierstva je NANOSPLIT dobrým príkladom toho, ako sa optika, chémia a termodynamika spájajú v jednom zariadení.

Hybridné systémy PV-T už dnes predčia samostatné fotovoltaické alebo solárne tepelné systémy, pretože ich celková účinnosť je vyššia. Rozdelením spektra posunul NANOSPLIT túto výhodu ďalej: využíva celé slnečné spektrum a pritom udržiava články pri nižších teplotách.

⇑Zhrnutie

NANOSPLIT našiel cestu, ako obísť hlavnú slabinu koncentrovaných systémov PV-T: prehrievanie solárnych článkov. Jeho hybridné nanokvapaliny z plôšok oxidu zinočnatého a zlatých nanočastíc štiepia slnečné svetlo – viditeľné a blízke infračervené svetlo posielajú k článkom, ultrafialové a infračervené vlnové dĺžky k tepelným častiam. Projekt sa skončil v roku 2023 a práca na nanokvapalinách z uhlíkových bodiek a na priemyselnom využití tepla pokračuje.

⇑Päť otázok: ako zaobchádzaš s energiou? (test)