Page 13 - חוברת תזות הנדסה ירוקה 2024

חוברת תקצירים | מחזור ד׳ תשפ״ג
שיטות מתקדמות לתאי שמש מודרניים:
התאמה בין ספיגת ספקטרום השמש ובין חומרים אנאורגניים/אורגניים לתא לשיפור יעילות התא וזמן פעולתו
אור גינדי, orgindy@gmail.com ד"ר פיטר בקר, ד"ר זאב פרדקין
המכללה האקדמית להנדסה ע"ש סמי שמעון, אשדוד
משבר האנרגיה המתמשך ברחבי העולם החריף את הצורך הדחוף לעבור למקורות אנרגיה מתחדשים. מבין מגוון צורות האנרגיה המתחדשת, אנרגיה סולארית תפסה מקום משמעותי, בהתחשב בזמינות של אנרגיית השמש, בהיותה ידידותית לסביבה ומחיר ההולך ויורד מידי שנה. אנרגיה סולארית, המופקת ישירות מקרני השמש, נחשבת לצורת האנרגיה המתחדשת הטהורה והשופעת ביותר שיש לנו בנוסף ליעילותה הגבוה יחסית. עם זאת, היעילות של מערכות פוטו-ולתאיות (PV) סולאריות היא עניין מורכב ומושפעת מהרבה גורמים, כמו אורך הגל אותו התא בולע, תנאי מזג אוויר משתנים והחומרים המשמשים בבנייתה, ממלאים תפקיד מכריע. בעיה בולטת היא ההידרדרות בביצועים של מודול PV עקב טמפרטורת ההפעלה שלו. ככל שהטמפרטורות עולות, בעיקר בגלל מקדם טמפרטורה שלילי, ישנה ירידה ניכרת במתח המעגל הפתוח וביעילות התא. לאורך השנים, הועלו פתרונות רבים כדי להתמודד עם אתגר תרמי זה. מערכות קירור אקטיביות המשתמשות בצנרת נוזל ושיטות פסיביות כמו רדיאטורים משמשים להאצת הולכת החום עם האוויר. עם זאת, גישות אלו לעתים קרובות מגיעות עם מערכת האתגרים שלהן, במיוחד מבחינת עלות, שילוב הנדסי ותמיכה תשתיתית נוספת. מחקר זה נועד להציע שיטה פאסיבית לניהול טמפרטורת ההפעלה של מודולים סולאריים. מחקרים קודמים הראו כי שימוש בפילטרים אופטיים יכול להפחית את טמפרטורת ההפעלה של מערכות PV בכ- 10 מעלות צלזיוס. הפחתה זו יכולה להוביל לשיפור של עד 10% ביעילות. כאשר המטרה היא למקסם את הפוטנציאל של אנרגיית השמש תוך שמירה על עמדה ידידותית לסביבה. הגישה המוצעת מתבססת על שימוש בפילטרים אופטיים שיכולים לכלול אור אינפרה אדום (IR) לא רצוי או על ידי שימוש בתאים מרובי שכבות שיכולים לרתום אורכי גל אלו שהם אחרת לא רצויים. חשוב להבין שכאשר פוטונים מאורכי גל אלו נספגים, הם לעתים קרובות לא מחזיקים באנרגיה הנדרשת כדי לחצות את פער האנרגיה של התא. כתוצאה מכך, פוטונים אלו רק תורמים לחימום המודול, וכך מפחיתים את היעילות שלו. המוקד העיקרי של המחקר הוא לבחון את הטמפרטורה העולה בתאים סולאריים עקב ספיגת אור IR ולזהות שיטות להקטנת ההשפעות השליליות שלה. אחת הטכניקות המבטיחות היא הטמעת פילטרים אופטיים של קרינת אינפרה אדום. פילטרים אלו עשויים לא רק להציג פתרון חסכוני, אלא גם יכולים לשפר באופן משמעותי את היעילות התרמית של מערכות PV. יתר על כן, בהתחשב בכך שאורכי גל אלו מהווים כ-30% מסך פלט האנרגיה של השמש, המחקר בוחן שיטות לרתום משאב אנרגיה מבוזבז זה אחרת. זה כולל שימוש בחומרים חדשים המסוגלים להמיר את האנרגיה מקרינת RI לחשמל, מבלי לחמם באופן מיותר תאים אלה. בעקבות זאת, הוצג הרעיון להשתמש בתאים סולאריים אורגניים, במיוחד כפילטר או כתא משלים לאנרגיה שהולכת "לאיבוד". כיום, תאים אורגניים רבים מיוצרים באמצעות תהליכים כימיים, אשר מייצרים פסולת ואשר יעילותם מתדרדרת במהירות. מחקר זה מציע שיטה חסכונית ומדויקת יותר הידועה בשם התאדות אדים פיזית במהלכו פיתחנו וייצרנו תא סולארי מחומרים אורגניים TBTDPCP ו MBCP. בתהליך זה ביצענו פעולות מדידה שונות על התא לבדיקת עמידותו ושלמותו בנוסף להפעלתו. תהליך זה נועד לייצר תאים סולאריים אורגניים עמידים יותר, להבטיח את אורך החיים שלהם. מחקר זה הוא צעד חשוב לפיתוח טכנולוגיות חדשות להפקת אנרגיה
סולארית יעילה יותר. שיפור זה עשוי לתרום להרחבת השימוש באנרגיה סולארית כמקור אנרגיה עיקרי.
מילות מפתח: מתח מעגל פתוח, מסנן אינפרה אדום, MBCP ,TBTDPCP, אנרגיות מתחדשות, תאים אורגניים, מערכות פוטו-ולתאיות VP.
13