Zespół inżynierów z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracował nowy nanomateriał , który jest zdolny przekształcać więcej niż 90% pochłoniętego światła słonecznego w ciepło. Może wytrzymać temperatury wyższe niż 700 stopni Celsjusza i przetrwać wiele lat na zewnątrz, pomimo działania powietrza i wilgoci. Prace, finansowane przez Amerykański Departament Energii programu SunShot, zostały opublikowana w dwóch odrębnych artykułach w czasopiśmie Nano Energy.
Dla porównania – dostępne materiały absorbujące funkcjonują w niższych temperaturach i muszą być wymieniany prawie co roku przez działania wysokiej temperatury.
Nowatorski materiał posiada „wieloskalową” powierzchnię utworzoną przez użycie cząstek o różnych rozmiarach – od 10 nanometrów do 10 mikrometrów. Wieloskalowe struktury mogą więzić i pochłaniać światło, co przyczynia się do wysokiej wydajności podczas pracy w ekstremalnych temperaturach.
Koncentrowanie energii słonecznej (CSP – concentrating solar power) jest rozwijającą się alternatywą pozyskiwania czystej energii. Rynek, wykorzystujący takie metody, produkuje około 3,5 gigawatów mocy w elektrowniach na całym świecie. Wystarcza to do zasilania więcej niż 2 mln gospodarstw domowych. W przypadku wykorzystania nowego materiału przewiduje się, że rynek będzie mógł dostarczyć aż 20 gigawatów energii w najbliższych latach. Jedną z zalet tej technologii jest fakt, że może być stosowana do modernizacji istniejących elektrowni (które używają węgla lub paliw kopalnych), ponieważ wykorzystuje ten sam proces do wytwarzania energii elektrycznej z pary.
Tradycyjne elektrownie spalają węgiel lub paliwa kopalne, aby wytworzyć ciepło, które jest potrzebne do przejścia wody w parę. Para wprawia w ruch gigantyczną turbinę, która generuje energię elektryczną z wykorzystaniem wirujących magnesów i drucianych zwojów. Elektrownie CSP tworzą parę potrzebną do obracania turbiny dzięki energii słonecznej konwertowanej do ciepła, które ogrzewa stopioną sól. Taka sól może być również przechowywana w zbiornikach termicznych w czasie nocy, gdzie może być kontynuowana produkcja pary i energii elektrycznej. W razie potrzeby taki układ może funkcjonować 24 godziny na dobę – to znacząca przewaga nad systemami fotowoltaicznymi, które kończą produkcję energii wraz z zachodem słońca.
Jeden z najbardziej powszechnych systemów CSP wykorzystuje ponad 100 000 zwierciadeł odbijających promienie słoneczne do celu jakim jest wieża pomalowana czarnym materiałem pochłaniającym światło. Materiał został tak zaprojektowany, aby zmaksymalizować absorpcję światła słonecznego i zminimalizować jego straty. Mogą one wynikać z emisji światła z powierzchni w postaci promieniowania podczerwonego.
Połączone doświadczenie zespołu UC San Diego zostało wykorzystane do opracowania, optymalizacji i scharakteryzowania nowego materiału tego typu. Zsyntetyzowany materiał pokryty nanowarstwą jest nanoszony na podłoże metalowe w laboratorium Chena w celu testowania termicznego i mechanicznego. Zdolność materiału do absorpcji światła słonecznego jest mierzona w laboratorium Liu przy użyciu sprzętu, który dokonuje pomiarów spektralnych od światła widzialnego do podczerwieni.
Obecnie elektrownie CSP są zamykane raz w roku w celu usunięcia zdegradowanej substancji absorbującej światło słoneczne i ponownego pokrycia nową powłoką, co oznacza brak produkcji energii w tym czasie.
Dlatego Program SunShot Doe wspiera zespoły badawcze UC San Diego, które starają się o materiał ze znacznie dłuższym cyklem użytkowania oraz wyższą temperaturą pracy. Zespół badawczy UC San Diego od wielu lat stara się o wydłużenie użytkowania i uważają, że są bliscy osiągnięcia celu.
- University of California – San Diego
- http://phys.org/news/2014-10-solar-power-material-percent-captured.html
Opracowała: Małgorzata Jabłońska
Korekta: Maciej Bielak-Wolanin
