Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis stworzyli projekt paneli antysolarnych. Panele antysolarne (antysłoneczne), w przeciwieństwie do zwykłych paneli fotowoltaicznych i słonecznych, przechwytują promieniowanie podczerwone Ziemi i zamieniają je w energię. Panele antysłoneczne działają więc wtedy, kiedy panele solarne mają nocną przerwę w produkcji prądu. Gdy po zachodzie Słońca zmienia się kierunek promieniowania – to nie Słońce emituje energię cieplną, ale Ziemia przekazuje promieniowanie podczerwone (termiczne) - mają najwięcej pracy. Jak do tej pory wydajność modułu antysolarnego jest w stanie osiągnąć efektywność na poziomie ¼ osiągów modułu fotowoltaicznego.
Panele słoneczne a panele antysłoneczne
Panele słoneczne wychwytują dużą część promieniowania słonecznego, ale nie wychwytują wszystkiego. Doskonale nadają się do generowania energii elektrycznej z bezpośredniego światła słonecznego, ale nie są tak dobre w wytwarzaniu energii elektrycznej w pochmurny dzień. Jednym z proponowanych rozwiązań tego problemu jest wychwycenie niewidzialnego światła ultrafioletowego, które jest obecne nawet wtedy, gdy jest mętne, a następnie przekształcenie go w światło widzialne w celu wytworzenia energii elektrycznej, tak jak normalnie zrobiłby to panel słoneczny.
Panele antysolarne określane są też mianem paneli termoradiacyjnych. W materiałach sygnowanych przez badaczy z Davis czytamy:
Aby produkować energię elektryczną po zachodzie słońca, rozważamy alternatywną koncepcję fotowoltaiki, która wykorzystuje Ziemię jako źródło promieniowania podczerwonego, a nocne niebo jako radiator. W wyniku tego powstaje nocne ogniwo fotowoltaiczne.
W przeciwieństwie do paneli solarnych, panele antysolarne nie posiadałoby ogniw krzemowych, tylko stopy rtęci o cechach termoradiacyjnych. W trakcie pracy przechwytywałyby promieniowanie podczerwone i oddawały je w przestrzeń. Konwencjonalne ogniwo fotowoltaiczne lub słoneczne pochłania fotony światła słonecznego i generuje prąd elektryczny.
Ogniwo termoradiacyjne generowałoby prąd elektryczny, emitując światło podczerwone (ciepło) w kierunku skrajnego zimna przestrzeni kosmicznej. Inżynierowie UC Davis proponują, że takie ogniwa mogłyby generować znaczną ilość energii i pomagać w równoważeniu sieci energetycznej w cyklu dnia i nocy.
Fotowoltaika termoradiacyjna, czyli zasada działania paneli antysolarna
Małe ogniwa fotowoltaiczne w panelu słonecznym dostarczają energię, ponieważ źródło promieniowania, czyli słońce, jest bardzo gorące, a ogniwo słoneczne - chłodne. W przypadku ogniw antysolarnych miałoby zastosowanie chłodzenie radiacyjne. Zgodnie z teorią chłodzenia radiacyjnego, obiekt, który jest gorący - w porównaniu z otoczenie - będzie emitował ciepło jako światło podczerwone.
Słońce jest gorące, więc ciepło z niego promieniuje do konwencjonalnego ogniwa słonecznego na Ziemi, które jest chłodniejsze w porównaniu z nim. Fotowoltaika termoradiacyjna wykorzystuje tę samą koncepcję do tradycyjnego pochłaniania ciepła z otaczających gorących obiektów, takich jak wieża chłodnicza generatora lub rura wydechowa silnika, i przekształcania go w energię.
Teoria zaproponowana przez naukowców z uniwersytetu w Davis wskazuje, że panele termoradiacyjne na Ziemi stają się tak zwanymi gorącymi obiektami i całkiem dosłownie kierują się na zimny obiekt, na przykład nocne niebo. Przestrzeń kosmiczna jest zimna, więc ciepły obiekt skierowany na nocne niebo wypromieniuje ciepło w jego kierunku, aby przekształcić ciepło w energię elektryczną za pośrednictwem fotonów lub komórek świetlnych.
Kompatybilne działanie paneli solarnych i antysolarnych
Możliwe, że panele solarne i panele antysolarne będą się wzajemnie uzupełniać, co rozwiązywałoby problemy związane z magazynowaniem energii w akumulatorach. Dzięki kompatybilnym panelom solarnym i antysoalrnym wytwarzanie energii przez 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, może stać się rzeczywistością.
Prototyp nocnego ogniwa fotowoltaicznego wytwarza 50W na metr kwadratowy, podczas gdy konwencjonalne panele słoneczne wytwarzają około 200W na metr kwadratowy w ciągu dnia. Tradycyjne panele słoneczne zmniejszają emisję gazów cieplarnianych o 80%. Jeśli damy im do towarzystwa panele antysłoneczne działające w nocy, wizja środowiska całkowicie wolnego od CO2 stanie się jeszcze bardziej realna.
Podsumowanie
O ile generatory TEG (thermoelectric generator) nie są niczym nowym, to użycie podobnego rozwiązania w fotowoltaice jest całkowicie nowym podejściem. Panele antysłoneczne, wypromieniowując ciepło w stronę zimnego, ciemnego nieba, są w stanie wyprodukować 25% energii, którą panele słoneczne uzyskują w ciągu dnia w optymalnych warunkach.
Co niezmiernie ważne, nie trzeba budować osobnych instalacji wykorzystujących panele antysłoneczne - pomieszczone na jednej instalacji panele słoneczne i antysłoneczne mogą produkować prąd przez całą dobę. Inwestycja w taką instalację zwróci się zdecydowanie szybciej, niż w przypadku tradycyjnej technologii.
Nocne panele fotowoltaiczne mają szansę stać się bardzo cennym wkładem w zrównoważony rozwój środowiska.
