Inovatívny solárny systém samostatne prepína medzi výrobou elektriny a tepla

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Zariadenie funguje bez externej elektronickej riadiacej jednotky a softvéru.

• Základom je fázová premena vody vnútri uzavretej optickej šošovky.

• Technológia dokáže pasívne vykurovať budovy počas zimných mesiacov.

Výskumníci z laboratória Joanny Aizenbergovej na inštitúcii Harvard SEAS vyvinuli solárne zariadenie s duálnou funkciou. Tento systém dokáže úplne autonómne prepínať medzi výrobou elektrickej energie a generovaním tepla pre interiérové priestory. Podrobnosti o tomto hardvéri zverejnil vedecký tím v štúdii pre magazín PNAS.

Tradičné fotovoltické panely produkujú elektrinu nepretržite, zatiaľ čo solárne termálne kolektory generujú teplo aj počas letných dní. Tieto technológie navyše často obsahujú vzácne prvky a ich konštrukcia býva pomerne ťažká. Nové zariadenie tento problém rieši pomocou plochej Fresnelovej šošovky s jemnými koncentrickými drážkami.

Nad touto šošovkou sa nachádza hermeticky uzavretá dutina s fixným objemom vody. Priamo pod ňou je umiestnený kompaktný fotovoltický článok slúžiaci na premenu žiarenia na elektrinu. Funkcia systému závisí od rosného bodu, ktorý bol pri laboratórnych simuláciách pre podmienky mesta Boston stanovený na 15 °C.

Keď teplota v dutine stúpne nad túto hodnotu, voda sa udržiava výhradne v plynnom skupenstve. Vzniká tak nesúlad v indexe lomu medzi parou a materiálom šošovky. Vďaka tomuto nesúladu systém sústreďuje slnečné svetlo priamo na fotovoltický článok a vyrába elektrinu.

Zmena nastáva po ochladení okolia pod spomínaných 15 °C. Voda v dutine následne skondenzuje do tenkej vrstvy, čo okamžite znižuje schopnosť šošovky zaostrovať dopadajúce svetlo. Slnečné žiarenie vtedy obchádza fotovoltický článok a preniká do budovy, kde sa absorbuje vo forme tepla.

Zariadenie reaguje výhradne na fyzikálne zmeny bez akýchkoľvek senzorov či softvérových zásahov používateľa. Súčasným konštrukčným limitom je fixná inštalácia, pre ktorú systém dosahuje optimálny výkon iba počas určitých hodín.

Pri nevhodnom uhle slnečného žiarenia sa prístroj automaticky prepína do režimu vykurovania. Výskumníci aktuálne pracujú na optimalizácii geometrie, aby predĺžili počet aktívnych hodín zariadenia počas dňa. Konečným cieľom je vytvoriť cenovo dostupné a plne škálovateľné komponenty pre rôzne odvetvia.

V budúcnosti by sa táto technológia mohla integrovať do poľnohospodárskych skleníkov alebo znižovať spotrebu klimatizácie vo výškových budovách. Zariadenie by mohlo nájsť uplatnenie aj pri regulácii teploty v interiéroch osobných vozidiel. Kombinácia mechanickej zmeny skupenstva a optiky tak predstavuje inovatívny smer v spracovaní solárnej energie.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Autonómne riadenie slnečnej energie znižuje energetickú náročnosť budov a optimalizuje využitie dostupných prírodných zdrojov.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT