מרכזי אור בצורת עלים משפרים יעילות של תאים סולריים

This post is also available in: English (אנגלית)

מרכזי אור סולאריים  (luminescent solar concentrators – LSCs)הם מכשירים שלוכדים ומרכזים את אור השמש באמצעות חומרים מאירים. חומרים אלה סופגים את אור השמש ופולטים אותו מחדש באורך גל שונה, ומכוונים את האור לאזור קטן שבו הוא נאסף על ידי תאים פוטו-וולטאיים, ובכך משפרים את היעילות של מערכות אנרגיה סולארית.

פיתוחים חדשים בתחום של מרכזי אור סולאריים עשויים לפתור את בעיות הסקלביליות של מערכות מסורתיות. חוקרים מאוניברסיטת ריטסומיקאן ביפן הציגו LSC בצורת עלה שנועד להתגבר על מגבלות אלה. עיצוב העלים החדש משפר את היעילות של איסוף הפוטונים, מפחית את אובדן האור, מציע יכולת הסתגלות טובה יותר ומאפשר תיקון פשוט יותר, מה שעשוי להוביל לשימוש נרחב יותר במרכזי אור סולאריים.

LSCs מסורתיים מסתמכים על מראות ועדשות, מה שהופך את ההתאמה שלהם לפרוייקטים בגדלים שונים למסובכת יותר. העיצוב החדש, המבוסס על מבנה של עלה מייפל, מטפל בסוגיית הסקלביליות על ידי שילוב רכיבים זוהרים קטנים יותר, שמשתלבים אחד עם השני ופועלים באופן דומה לעלים על עץ. המבנה החדשני הזה כוללת הצבת לוחות זוהרים סביב סיב זוהר מרכזי. צדי הלוחות פונים לכיוון הסיב, והלוחות ממירים אור נכנס לפוטונים פוטולומינסנטים. פוטונים אלה עוברים דרך הסיבים ונאספים בסוף על ידי תא פוטו-וולטאי (PV), כך לפי המחקר שפורסם.

מערכת זו משפרת את היעילות על ידי שימוש במכווני אור שקופים כדי להעביר אור ממספר סיבים לתוך תא PV יחיד. מערכת זו מגדילה את כמות האור הנאספת ומפחיתה הפסדים הנובעים מספיגה עצמית ופיזור, ובסופו של דבר מובילה להמרה יעילה יותר של אור לחשמל.

בשל השימוש במודולים קטנים רבים דמויי עלים, העיצוב החדש מביא לשיפור משמעותי ביעילות איסוף הפוטונים. על פי Interesting Engineering, גודלו של כל "עלה" LSC הופחת מ-50 מ"מ ל-10 מ"מ, מה שמוביל ליעילות מוגברת. גישה מודולרית זו גם מאפשרת החלפה קלה של יחידות פגומות ושילוב של חומרים חדשים עם הפיכתם לזמינים.

החוקרים מצאו כי הם יכולים לחזות כמה טוב ה-LSC יעבוד באמצעות חישובים מתמטיים המבוססים על הספקטרום ועוצמת האור שפוגע במערכת. כדי לבדוק ולמדוד את תגובת המערכת, הם משתמשים בטכניקה שבה נקודה אחת ממוקדת של אור משמשת כדי לדמות תנאי סביבה בעולם האמיתי. דבר זה עוזר להם להבין את היעילות של LSC בהמרת אור לאנרגיה.

עיצוב חדשני זה בהשראת עלים פותח את הדלת לפיתוחים אדפטבילים וסקלבילים יותר בתחום האנרגיה הסולארית. על ידי שינוי האופן שבו משתמשים ברכזים סולאריים, טכנולוגיה זו משפרת את לכידת האנרגיה ואת יעילותה, והופכת מערכות סולריות למגוונות ויעילות יותר. מודל עלה ה-LSC בעל פוטנציאל גדול ליישומים בקנה מידה גדול, ומציע שיפור משמעותי בביצועים של מערכות אנרגיה סולארית וקידום פתרונות אנרגיה ידידותית לסביבה.

המחקר פורסם בכתב העת Journal of Photonics for Energy.