Рідина, що розщеплює сонячне світло: як NANOSPLIT перетворює сонце на електроенергію й тепло + test

• Електроенергія й тепло з того самого сонячного світла
• Проблема гарячих сонячних елементів
• Світловий фільтр із оксиду цинку та золота
• Представлено науковій спільноті
• Робота триває й після завершення проєкту
• Розумна оптика для сонячної енергетики
• Підсумок
• П’ять запитань: як ти користуєшся енергією? (тест)

⇑Електроенергія й тепло з того самого сонячного світла

Проєкт NANOSPLIT, який фінансує ЄС, розпочався 2021 року з метою вдосконалити концентровані фотоелектричні-теплові (PV-T) системи. Ці гібридні конструкції одночасно виробляють електроенергію та високотемпературне тепло.

Вони працюють так: лінзи або дзеркала концентрують сонячне світло на невеликій площі сонячного елемента, а надлишкове тепло, яке при цьому виникає, збирають замість того, щоб воно марнувалося.

⇑Проблема гарячих сонячних елементів

Традиційні PV-T системи мають слабке місце. За високої інтенсивності сонячного випромінювання зростає й температура – а гарячі фотоелектричні елементи втрачають ефективність.

NANOSPLIT розв’язав цю проблему, створивши спектральні роздільники на основі нанорідин. Вони фільтрують сонячне світло: найкорисніші довжини хвиль спрямовують до сонячних елементів, а невикористані, що виробляють тепло, поглинають. Це тепло можна потім застосовувати в теплових системах, наприклад для гарячого водопостачання чи опалення приміщень.

⇑Світловий фільтр із оксиду цинку та золота

Прорив проєкту – у гібридних нанорідинах із пластинок оксиду цинку та золотих наночастинок. Разом вони працюють як розумні світлові фільтри.

Усередині фільтра сонячне світло розділяється на два шляхи:

• видиме та ближнє інфрачервоне світло проходить до фотоелектричних елементів,
• ультрафіолетові та інфрачервоні довжини хвиль, що несуть тепло, спрямовуються до теплових компонентів,
• сонячні елементи лишаються прохолоднішими, а саме з цим не справляються звичайні системи.

Коротко кажучи, кожна частина сонячного спектра потрапляє туди, де вона найкорисніша, замість того щоб губитися в елементах як небажане тепло.

⇑Представлено науковій спільноті

Команда представила свої результати на конференції ECOS 2024 на Родосі в Греції. Обмін результатами на міжнародній зустрічі – важливий крок для будь-якої нової енергетичної технології, адже він виносить ідею на розгляд інших фахівців, які працюють над подібними проблемами.

⇑Робота триває й після завершення проєкту

NANOSPLIT завершився 2023 року, але на цьому історія не скінчилася. Команда співпрацює з європейськими та індійськими партнерами над подальшою розробкою.

Один із напрямів досліджень зосереджений на нанорідинах із вуглецевих точок, які можна «налаштувати» на певні довжини хвиль світла. Водночас Solar Flow, дочірня компанія Імперського коледжу Лондона (Imperial College London), досліджує промислове використання тепла вищої температури.

Це показує, як дослідницький проєкт може одночасно відкрити кілька нових напрямів: нові матеріали в лабораторії та компанія, що розглядає промислове застосування.

⇑Розумна оптика для сонячної енергетики

Христос Маркідес (Christos Markides), координатор проєкту з Імперського коледжу Лондона, підсумовує результат: «NANOSPLIT успішно показав, як сучасні оптичні та теплові рішення відкривають шлях до сонячних технологій нового покоління».

Для студентів фізики, матеріалознавства чи енергетичної інженерії NANOSPLIT – добрий приклад того, як оптика, хімія й термодинаміка поєднуються в одному пристрої.

Гібридні PV-T системи вже перевершують окремі фотоелектричні чи сонячні теплові системи, бо їхня загальна ефективність вища. Розділивши спектр, NANOSPLIT ще більше посилив цю перевагу: використовується весь сонячний спектр, а елементи залишаються за нижчої температури.

⇑Підсумок

NANOSPLIT знайшов спосіб обійти головну слабкість концентрованих PV-T систем: перегрівання сонячних елементів. Його гібридні нанорідини з пластинок оксиду цинку та золотих наночастинок розщеплюють сонячне світло: видиме та ближнє інфрачервоне спрямовують до елементів, а ультрафіолетові та інфрачервоні довжини хвиль – до теплових компонентів. Проєкт завершився 2023 року, а робота над нанорідинами з вуглецевих точок і промисловим використанням тепла триває.

⇑П’ять запитань: як ти користуєшся енергією? (тест)