Open AccessPhotonic approaches for the thermal control of photovoltaics
Author(s) -
Georgios Perrakis,
Γεώργιος Περράκης
Publication year - 2021
Language(s) - Uncategorized
Resource type - Dissertations/theses
DOI - 10.12681/eadd/49505
Subject(s) - photovoltaics , photonics , engineering physics , thermal , control (management) , materials science , optoelectronics , architectural engineering , engineering , environmental science , physics , photovoltaic system , computer science , electrical engineering , meteorology , artificial intelligence
Οι φωτοβολταϊκές διατάξεις μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια. Ωστόσο, η απόδοση αυτής της μετατροπής επηρεάζεται αρνητικά από τη θερμοκρασία λειτουργίας τους. Επιπλέον, οι υψηλές θερμοκρασίες λειτουργίας μειώνουν τον χρόνο ζωής των φωτοβολταϊκών. Οι συμβατικές στρατηγικές για ψύξη καταναλώνουν επιπλέον ενέργεια και αυξάνουν σημαντικά την πολυπλοκότητα του συστήματος. Σε αυτήν τη μελέτη, αναπτύχθηκε ένα ακριβές οπτο-ηλεκτρο-θερμικο μοντέλο με στόχο την εκμετάλλευση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του Ήλιου ως πηγή ενέργειας αλλά και την εκμετάλλευση του Διαστήματος (έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα) ως μία “ανεξάντλητη ψύκτρα” με πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία (~ 3 K) από αυτή της ατμόσφαιρας (~ 300 K). Η βέλτιστη αξιοποίηση και των δύο αυτών «πηγών» μπορεί να οδηγήσει στην αύξηση της απόδοσης φωτοβολταϊκών διατάξεων είτε μέσω της αύξησης της απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας απ’ τις διατάξεις αυτές είτε μέσω της μείωσης της θερμοκρασίας λειτουργίας τους με την απευθείας εκπομπή θερμικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας στο Διάστημα. Οι τρόποι επίτευξης αυτής της αξιοποίησης είναι μέσω κατάλληλης ενσωμάτωσης στα φωτοβολταϊκά κατάλληλων δομών στη κλίμακα των νανο/μικρο-μετρων για την αποτελεσματική αλληλεπίδραση με τα επιθυμητά μήκη κύματος του φωτός. Όπως δείχνουμε στη μελέτη μας τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα αυτών των τεχνικών αποτελούν η παθητική λειτουργία, χωρίς να απαιτείται επιπλέον ενέργεια, η φιλική προς το περιβάλλον λειτουργία, αλλά και η αύξηση του χρόνου ζωής των συσκευών.