İngiltere'deki bir araştırma ekibi, tek bir cihazda elektrik, su ve termal enerji üretebilen bir fotovoltaik yaprak konsepti geliştirdi. Bir yapraktan ilham alan sistem, gömülü PV ünitesini soğutan ve su ve ısı enerjisi üretmek için hücredeki fazla ısıyı kullanan biyomimetik bir terleme (BT) katmanına dayanıyor.
Imperial College London'daki araştırmacılar, elektrik, termal enerji ve su üretebilen yeni bir fotovoltaik yaprak (PV-yaprak) konsepti geliştirdiler.
Doğa iletişiminde yayınlanan "Yüksek verimli biyo-ilhamlı hibrit çok nesil fotovoltaik yaprak" çalışmasında araştırma ekibi, sistemi bambu liflerinden ve istiflenmiş biyomimetik transspirasyon yapısına dayanan hibrit çok nesilli bir PV yaprağı olarak tanımladı. hidrojel hücreleri.
1 mm kalınlığındaki biyomimetik terleme (BT) tabakası, suyu pasif olarak ayrı bir su tankından yapının üstüne yerleştirilmiş 10 cm × 10 cm güneş hücresine taşır. Hücrenin üzerine akan su, çalışma sıcaklığını düşürerek verimini arttırır ve fazla ısı su ve termal enerji üretmek için kullanılır. PV kanadı yalnızca 0,7 mm kalınlığındaki yüksek geçirgenliğe sahip bir cam tabaka ile korunmaktadır.
Yapı, suyu PV yaprağı boyunca eşit şekilde dağıtan vasküler hidrofilik lif demetlerini kullanır. Hidrojel hücreleri, damar demetlerini ve sünger hücreleri taklit etmek için kullanılır. Bilim adamları, "BT katmanında, yaklaşık 30 dallı bambu lifi demeti, potasyum poliakrilat (PAAK) süper emici polimer (SAP) hidrojel hücrelerine homojen bir şekilde gömülür ve suyu BT katmanının kapsadığı tüm alana dağıtır." lif dallarının kenarları bir araya toplanır ve suya batırılır.
Bilim adamları, standart aydınlatma koşulları altında sistemin performansını ölçtüler ve doğal hava konveksiyonu ile soğutulan bağımsız bir referans PV hücresiyle karşılaştırdılar. PV kanadının 43,2 C sıcaklığa ulaştığını, referans hücrenin sıcaklığının ise 68,8 C'ye ulaştığını buldular. diye belirttiler.
PV yaprağı %15,0'lık bir güç dönüşüm verimliliğine, 0,63 V'lik bir açık devre voltajına ve 0,77'lik bir doldurma faktörüne ulaştı. Referans hücresi ise aksine %13,2'lik bir verime, 0,58 V'lik bir açık devre voltajına ve 0,75'lik bir doldurma faktörüne ulaştı.
Akademisyenler ayrıca PV yaprağının gerektirdiği ek bileşenlerin sermaye maliyetinin yaklaşık 1,1 $/m2 olduğunu, bunun da geleneksel güneş panellerinin maliyetinin yaklaşık %2'sine karşılık geldiğini söyledi. Ek bileşenlerin geri ödeme süresinin yarım yıldan az olduğu tahmin edilmektedir. "PV-yaprak konsepti, daha büyük ölçekli toplayıcılara yükseltilebilir; bunun ötesinde, ticari boyuttaki daha büyük güneş santralleri, ayrı, birbirine bağlı PV-yapraklara tahsis edilmiş birkaç küçük alana bölünebilir." gerçek projeler.
"Terleme soğutmayla ilgili önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, bu çalışmadaki çözüm pompa, kontrol ünitesi ve pahalı gözenekli malzemeler gerektirmiyor ve hedef yüzeyi çok nesilli uygulamalar için uygun olan çok daha düşük bir sıcaklığa soğutabiliyor. Birleşik Krallık grubu, sistemin tatlı su yerine deniz suyunu da kullanabileceğini belirterek, PV hücreleri için termal yönetim uygulamalarının yanı sıra "dedi. "Simülasyon sonuçları, PV yaprağının sıcak ve kuru iklimlerde daha iyi terleme performansına sahip olduğunu gösteriyor."
Akademisyenler ayrıca cihazın 1000 W/m güneş ışınımı altında ilave 1,1 L/h/m2 tatlı su üretebileceğini iddia ediyor. Ayrıca sistemin tatlı su yerine deniz suyunu da kullanabileceğine inanıyorlar. "Simülasyon sonuçları, PV yaprağının sıcak ve kuru iklimlerde daha iyi terleme performansına sahip olduğunu gösteriyor" diye vurguladılar.
Yorumlar