Пассивное охлаждение продлевает жизнь и увеличивает эффективность солнечных батарей
Солнечные батареи сегодня самый широко распространенный вид технологии альтернативной энергетики. Они просты в изготовлении и недороги, однако даже лучшие модели преобразуют в электричество лишь небольшую часть получаемой солнечной энергии.
Существуют фундаментальные ограничения эффективности таких устройств, но довольно значительная доля потерь вызвана перегревом солнечных панелей.
В полдень температура панелей может достигать 55°C и выше. Такой тепловой режим сокращает срок эксплуатационной пригодности батарей (вдвое при повышении температуры на 10°) и снижает их эффективность: с каждым градусом прироста температуры теряется примерно полпроцента эффективности.
Организация активного — воздушного или водяного — охлаждения значительно повышает себестоимость таких устройств и вступает в противоречие с необходимостью оптимизации их освещения солнцем.
Фэн (Shanhui Fan), профессор электротехники Стэнфордского университета, нашел лишенный указанных недостатков элегантный пассивный способ охлаждения солнечных батарей. «Силикатное стекло прозрачно для видимого света, — объясняет он свою идею в статье для журнала Optica. — Особым образом сконструированный его слой не ухудшает производительность солнечных элементов, но усиливает излучение на определенных тепловых длинах волн, позволяя отводить тепло от батарей более эффективно».
Нанесение на тончайший слой силикатного стекла нанотекстуры из пирамид или конусов обеспечивает перенаправление нежелательного тепла в форме инфракрасного излучения от поверхности солнечных элементов в атмосферу.
Для проверки своей идеи ученые провели сравнительные испытания двух вариантов силикатного покрытия: однородного слоя толщиной 5 мм и гораздо более тонкого — с конусами и пирамидами высотой в несколько микрон. Оказалось, что 5-миллиметровых слой обеспечивал некоторое пассивное охлаждение, но покрытие с поверхностной нанотекстурой существенно его превосходило по эффективности, приближаясь к расчетным показателям для идеальной схемы.