سلول خورشیدی معکوس؛ فناوری فتوولتائیک جدید در طول شب هم برق تولید خواهد کرد

طراحی تازه‌‌ی سلول‌‌های فتوولتائیک می‌‌تواند یک‌‌چهارم انرژی تولیدی سلو‌‌ل‌‌های خورشیدی معمولی را در ساعات تاریکی شب تولید کند.

آیا می‌‌توان از سلول‌‌های خورشیدی در شب هم انرژی تولید کرد؟ اگر با سازوکار تبدیل انرژی در سلول فتوولتائیک آشنا باشد، چنین پرسشی به‌‌نظرتان مضحک خواهد آمد؛ ولی باید بدانید آنچه دانشمندان از آن سخن می‌‌گویند، واقعا حقیقت دارد. جرمی ماندی، استاد دانشکده‌‌ی مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه UC Davis کالیفرنیا، از انواع خاصی از سلول‌‌های فتوولتائیک سخن می‌‌گوید که در شرایط ایدئال شب می‌‌توانند ۵۰ وات در هر مترمربع انرژی تولید کنند. این میزان انرژی تقریبا یک‌‌چهارم خروجی انرژی پنل‌‌های فتوولتائیک رایج است (پنل‌های خورشیدی فعلی در ساعات آفتابی می‌‌توانند بین ۱۵۰ تا ۲۰۰ وات در هر مترمربع انرژی تولید کنند). نتایج این مطالعه‌ی مفهومی ماندی و تریستان دپه ژانویه‌‌ی سال جاری میلادی در ژورنال علمی ACS Photonics منتشر شده است.

ماندی می‌کوشد نمونه‌‌ای آزمایشی از این سلول‌‌های خورشیدی شبانه را با قابلیت تولید انرژی اندک بسازد و پژوهشگران امیدوار هستند بتوانند به‌‌مرور خروجی توان و بازدهی این قطعات را افزایش دهند.

طرزکار سلول‌‌های خورشیدی جدید شباهت فراوانی با انواع رایج فعلی دارد، با این تفاوت که عملکرد آن کاملا وارونه است. می‌‌دانیم که اگر شیئی گرم‌‌تر از محیط اطرافش باشد، حرارت خود را به‌‌صورت پرتو فروسرخ به محیط ساطع خواهد کرد. سلول‌‌های خورشیدی معمولی درمقایسه‌با منبع تأمین انرژی خود، یعنی خورشید خنک‌‌تر هستند؛ درنتیجه، می‌‌توانند انرژی آن را جذب کنند.

ناگفته نماند فضای خارج از جوّ به‌‌شدت سرد است؛ بنابراین، اگر شیء گرمی دراختیار داشته باشید و آن را رو به آسمان شب نگه دارید، گرمای آن به‌‌شکل پرتو فروسرخ به‌‌سوی آسمان ساطع خواهد شد. بشر مدت‌‌ها است که از این پدیده برای خنک‌سازی در طول شب بهره برده است. در چند سال اخیر نیز، تلاش‌‌های فراوانی برای ساخت تجهیزاتی مشابه با قابلیت کارکرد سرمایشی در ساعات روز شده است.

تولید انرژی با کمک تشعشع حرارت

انواع دیگری از تجهیزات با نام سلول‌‌های گرماتشعشعی (Thermoradiative cell) وجود دارند که می‌‌توانند با تشعشع حرارت به محیط اطراف خود انرژی تولید کنند. در سالیان اخیر، پژوهشگران کوشیده‌‌اند با کمک این ادوات، انرژی حرارتی زائد ناشی از موتورها را بازیافت کنند. ماندی می‌‌گوید:

 به این موضوع فکر کردیم که چه می‌‌شود اگر بتوان یکی از این تجهیزات را در محیطی گرم قرار بدهیم و جهت آن را رو به آسمان تنظیم کنیم.

این سلول گرماتشعشعی با قرارگیری رو به آسمان، پرتو فروسرخ از خود ساطع خواهد کرد؛ چراکه دمای آن به‌‌مراتب کمتر از فضای خارج از جوّ است. ماندی می‌‌افزاید:

سلول خورشیدی معمولی با جذب نور خورشید انرژی تولید می‌‌کند. این روند موجب القای ولتاژ در [ترمینال خروجی] تجهیز می‌‌شود که [درصورت بسته‌‌شدن مدار] اجازه‌‌ی برقراری جریان الکتریکی را فراهم خواهد کرد. در تجهیزات جدید، نور [به‌‌جای جذب‌‌شدن] ساطع می‌‌شود و ولتاژ و جریان ایجادشده در خلاف جهت خواهد بود؛ اما توان همچنان تولید خواهد شد. برای این کار، باید از مواد متفاوتی استفاده کنید؛ ولی فیزیک [کل فرایند] همچنان مانند قبل است.

نکته‌‌ی جالب این است که پژوهشگران می‌گویند اگر جلو مسیر تابش مستقیم نور خورشید را مسدود یا تجهیز را به‌‌سمت نقطه‌‌ای غیر از خورشید نشانه‌‌گیری کنیم، خواهیم توانست همچنان به تولید انرژی در ساعات روز نیز ادامه دهیم. ازآنجاکه انواع جدید سلول‌‌های خورشیدی ازلحاظ نظری می‌توانند در تمام ساعات شبانه‌‌روز انرژی تولید کنند، پژوهشگران باردیگر به رؤیای برقراری توازن تولید و مصرف انرژی با کمک منبعی تجدیدپذیر در کل ساعات شبانه‌‌روز امیدوار شده‌‌اند.