مواد جدید انرژی خورشیدی 90 درصد از نور جذب شده را به گرما تبدیل می کند

در مقابل ، مواد جذب کننده خورشیدی فعلی در دماهای پایین عمل می کند و تقریباً هر سال برای عملیات در دمای بالا نیاز به تعمیر اساسی دارد.

Sungho Jin ، استاد گروه مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه UC San Diego Jacobs مهندسی. جین به همراه پروفسور ژائوئی لیو از گروه مهندسی برق و کامپیوتر و پروفسور مهندسی مکانیک رنکون چن ، مواد نانو پوسته با روکش سیلیکون بورید را توسعه دادند. که همه آنها متخصص در مهندسی مواد کاربردی هستند.

مواد جدید دارای سطح "چند مقیاس" با استفاده از ذرات در اندازه های مختلف از 10 نانومتر تا 10 میکرومتر است. ساختارهای چند مقیاس می توانند نور را به دام اندازند و جذب کنند که در هنگام کار در دماهای بالاتر به بازده بالای مواد کمک می کند.

متمرکز کردن انرژی خورشیدی (CSP) یک بازار نوظهور جایگزین انرژی پاک است که تقریباً 3.5 گیگاوات برق در نیروگاه های سراسر جهان تولید می کند - برای تأمین برق بیش از 2 میلیون خانه کافی است ، و ساخت و سازهای اضافی در حال انجام است تا 20 گیگاوات را تأمین کند. قدرت در سالهای آینده یکی از جذابیت های این فناوری این است که می توان از آن برای مقاوم سازی نیروگاه های موجود که از زغال سنگ یا سوخت های فسیلی استفاده می کنند استفاده کرد زیرا از همین فرایند برای تولید برق از بخار استفاده می کند.

نیروگاه های سنتی زغال سنگ یا سوخت های فسیلی را می سوزانند تا حرارتی ایجاد کنند که آب را به بخار تبخیر می کند. بخار یک توربین غول پیکر را می چرخاند که از آهنرباهای چرخان و سیم پیچ های سیم رسانا الکتریسیته تولید می کند. نیروگاه های CSP بخار مورد نیاز برای چرخاندن توربین را با استفاده از نور خورشید برای گرم کردن نمک مذاب ایجاد می کنند. نمک مذاب همچنین می تواند در مخازن ذخیره سازی حرارتی یک شبه ذخیره شود و در صورت تمایل بتواند 24 ساعت شبانه روز بخار و برق تولید کند ، این مزیت قابل توجهی نسبت به سیستم های فتوولتائیک است که با غروب آفتاب تولید انرژی را متوقف می کنند.

یکی از رایج ترین انواع سیستم های CSP از بیش از 100000 آینه انعکاسی برای هدف قرار دادن نور خورشید به برجی که با رنگ مشکی جذب کننده نور رنگ آمیزی شده است ، استفاده می کند. این ماده برای حداکثر جذب نور خورشید و به حداقل رساندن اتلاف نوری که به طور طبیعی از سطح به صورت تابش مادون قرمز منتشر می شود ، طراحی شده است.

از تخصص ترکیبی تیم UC San Diego برای توسعه ، بهینه سازی و مشخص کردن مواد جدید برای این نوع سیستم در سه سال گذشته استفاده شد. محققان گروهی از دانشجویان فارغ التحصیل UC سن دیه گو در زمینه علوم و مهندسی مواد ، جاستین تکیونگ کیم ، برایان ون سادرز و جیون مون ، که اخیراً به هیئت علمی دانشگاه نوادا ، لاس وگاس پیوسته بودند ، را شامل شدند. مواد نانو پوسته سنتز شده در آزمایشگاه چن بر روی یک بستر فلزی برای آزمایش حرارتی و مکانیکی رنگ آمیزی می شود. توانایی این ماده در جذب نور خورشید در آزمایشگاه اپتیک لیو با استفاده از مجموعه ای منحصر به فرد از ابزارها اندازه گیری می شود که اندازه گیری های طیفی از نور مرئی تا مادون قرمز انجام می شود.

کارخانه های فعلی CSP سالی یکبار تعطیل می شوند تا مواد جذب کننده نور خورشید را تخریب کرده و مجدداً یک پوشش جدید را اعمال کنند ، این بدان معناست که در حالی که یک پوشش جایگزین اعمال و درمان می شود ، تولید برق نمی شود. به همین دلیل است که برنامه SunShot DOE تیم های تحقیقاتی UC San Diego را به چالش کشیده و از آنها حمایت می کند تا علاوه بر دمای عملیاتی بالاتر برای افزایش راندمان تبدیل انرژی ، به ماده ای با چرخه عمر قابل ملاحظه ای دست پیدا کنند. تیم تحقیقاتی UC San Diego سالها عمر مفید را هدف گرفته است ، چیزی که آنها معتقدند به دستیابی به آن نزدیک هستند.

استیون پی چو ، وزیر انرژی وقت ، با الگوبرداری از برنامه فرود رئیس جمهور کندی بر روی ماه ، که علاقه زیادی را به علم و اکتشافات فضایی برانگیخت ، در سال 2010 طرح Sunshot را با هدف ایجاد هزینه خورشیدی با سایر وسایل تولید برق تا سال 2020 رقابتی کرد.