Kuinka uusi aurinko- ja valotekniikka voi edistää uusiutuvan energian muunnosta

Kuinka uusi aurinko- ja valotekniikka voi edistää uusiutuvan energian muunnosta
Nykyiset aurinkotekniikat eivät ole tarpeeksi hyviä.
Antonio Garcia Unsplashista, FAL

Halvemman, vihreämmän sähkön kysyntä tarkoittaa, että energiamaisema muuttuu nopeammin kuin missään muussa historian vaiheessa. Tämä pätee erityisesti aurinkoenergialla toimiva sähkö että akun varastointi. Molempien kustannukset ovat laskeneet ennennäkemättömällä vauhdilla viime vuosikymmenen aikana ja energiatehokkaiden tekniikoiden, kuten LED-valaistus ovat myös laajentuneet.

Pääsy halpaan ja kaikkialla läsnä olevaan aurinkoenergiaan ja varastointiin muuttaa tapaa, jolla tuotamme ja käytämme sähköä, mikä mahdollistaa liikennealan sähköistämisen. Meillä on potentiaalia uusille kemiallisille talouksille tallentaa uusiutuvaa energiaa polttoaineinaja tukevat uusia laitteita, jotka muodostavatInternet asioita".

Mutta nykyinen energiateknologiamme ei johda meitä tähän tulevaisuuteen: pian saavutamme tehokkuus- ja kustannusrajat. mahdollisuudet tuleviin vähennyksiin esimerkiksi pii-aurinkosähkön hinta on rajallinen. Kunkin paneelin valmistus vaatii melkoisen määrän energiaa ja tehtaat kallista rakentaa. Ja vaikka tuotantokustannuksia voidaankin supistaa hieman pidemmälle, aurinkosähköasennusten kustannukset ovat nyt hallitsevat extrat - asennus, johdotus, elektroniikka ja niin edelleen.

Tämä tarkoittaa, että nykyiset aurinkosähköjärjestelmät eivät todennäköisesti täytä vaadittua osaa 30 terawatin (TW) globaalista tehovaatimuksestamme (ne tuottavat alle 1 TW tänään) tarpeeksi nopea ilmastonmuutoksen kaltaisten kysymysten käsittelemiseksi.

Samoin nykyiset LED-valaistus- ja näyttötekniikkamme ovat liian kalliita eivätkä ole riittävän hyviä värilaatuja korvaamaan realistisesti perinteisen valaistuksen riittävän lyhyessä ajassa. Tämä on ongelma, koska valaistus on tällä hetkellä 5% maailman hiilidioksidipäästöistä. Uusia tekniikoita tarvitaan tämän aukon täyttämiseksi nopeasti.

Halogenidiperovskiitit

Laboratoriomme Cambridgessä, Englanti, työskentelee lupaavan uuden materiaaliperheen kanssa, joka tunnetaan nimellä halogenidiperovskiitit. Ne ovat puolijohteita, jotka johtavat varauksia, kun niitä stimuloidaan valolla. Perovskite-musteet kerrostetaan lasille tai muoville, jotta saadaan erittäin ohuita kalvoja - noin sadasosa ihmisen hiusleveydestä -, jotka koostuvat metallista, halogenideista ja orgaanisista ioneista. Elektrodikosketinten väliin jäävät nämä kalvot tekevät aurinkokenno tai LED-laitteet.

Hämmästyttävää kyllä, niiden absorboiman tai lähettämän valon väriä voidaan muuttaa yksinkertaisesti säätämällä niiden kemiallista rakennetta. Muuttamalla tapaa kasvattaa niitä voimme räätälöidä ne sopivammiksi absorboimaan valoa (aurinkopaneelille) tai lähettämään valoa (LEDille). Tämä antaa meille mahdollisuuden valmistaa erivärisiä aurinkokennoja ja LEDejä, jotka lähettävät valoa ultraviolettista aina näkyvään ja lähi-infrapunaan asti.

Halpasta ja monipuolisesta käsittelystä huolimatta näiden materiaalien on osoitettu olevan erittäin tehokkaita sekä aurinkokennoina että valonlähteinä. Perovskite-aurinkokennot osuivat 25.2% hyötysuhde vuonna 2019, kuuma kiteisten piikennojen kannoilla 26.7%: lla, ja perovskiitti-LEDit ovat jo lähestyy valmiiden orgaanisten valodiodien (OLED) suorituskyky.

Nämä tekniikat ovat nopeasti kaupallistetaan, erityisesti aurinkokennorintamalla. Isossa-Britanniassa toimiva Oxford Photovoltaics on rakensi tuotantolinjan ja täyttää ensimmäiset ostotilauksensa alussa 2021. Puolalainen Saule Technologies julkaisi prototyyppituotteet vuoden 2018 lopussa, mukaan lukien a perovskiitti aurinko julkisivu pilotti. Kiinalainen valmistaja Microquanta Semiconductor odottaa tuottavansa yli 200,000 neliömetriä paneelien tuotantolinjalla ennen vuoden loppua. Yhdysvaltalainen Swift Solar (yrityksen perustin) on edelläkävijä korkea suorituskyky solut, joilla on kevyet, joustavat ominaisuudet.

Värilliset perovskiitti-valoa säteilevät musteet, jotka voidaan heittää ohuiksi kalvoiksi.Värilliset perovskiitti-valoa säteilevät musteet, jotka voidaan heittää ohuiksi kalvoiksi. © Sandeep Pathak, Tekijä toimitti

Välillä näiden ja muiden yritysten kanssa, edistyminen on nopeaa.

Aurinkoikkunat ja joustavat paneelit

Toisin kuin tavanomaiset piikennot, joiden on oltava erittäin tasaisia ​​korkean hyötysuhteen saavuttamiseksi, perovskiittikalvot koostuvat mosaiikki “jyvät” erittäin vaihtelevan kokoisia (nanometreistä millimetreihin) ja kemiaa - ja silti ne toimivat lähes yhtä hyvin kuin nykypäivän parhaat piikennot. Lisäksi pienet viat tai vikoja perovskiittikalvoissa eivät aiheuta merkittäviä tehohäviöitä. Tällaiset viat olisivat katastrofaalisia piipaneelille tai kaupalliselle LEDille.

Vaikka yritämme edelleen ymmärtää tätä, nämä materiaalit pakottavat yhteisön kirjoittamaan uudestaan ​​oppikirjan mielestämme ihanteelliseksi puolijohteeksi: niillä voi olla erittäin hyvät optiset ja elektroniset ominaisuudet huolimatta - tai ehkä jopa häiriön takia.

Voisimme hypoteettisesti käyttää näitä materiaaleja tehdäksemme "suunnittelijaksi" värillisiä aurinkokennoja, jotka sulautuvat rakennuksiin tai taloihin, tai aurinkolasit, jotka näyttävät sävylasilta teho.

Mutta todellinen mahdollisuus on kehittää erittäin tehokkaita soluja piikennojen tehokkuuden lisäksi. Esimerkiksi voimme kerrostaa kaksi eriväristä perovskiittikalvoa yhteen "Tandem" aurinkokenno. Jokainen kerros satoisi aurinkospektrin eri alueita lisäämällä solun kokonaistehokkuutta.

Toinen esimerkki on se, mitä Oxford PV on edelläkävijä: perovskiittikerroksen lisääminen tavallisen piikennon päälle, mikä parantaa nykyisen tekniikan tehokkuutta ilman merkittäviä lisäkustannuksia. Nämä tandem-kerrostamismenetelmät voisivat nopeasti luoda a lisätä tehokkuutta aurinkopaneeleista yli 30%, mikä vähentäisi sekä paneeli- että järjestelmäkustannuksia ja vähentäisi samalla myös niiden energiajalanjälki.

Näitä perovskiittikerroksia kehitetään myös joustavien aurinkopaneelien valmistamiseksi, jotka voidaan käsitellä rullaksi kuten sanomalehtipaperi kustannusten vähentäminen. Kevyt, suuritehoinen aurinko avaa myös mahdollisuuksia sähköajoneuvojen ja tietoliikennesatelliittien käyttämiseen.

Joustava perovskiittiprototyyppi aurinkokenno.Joustava perovskiittiprototyyppi aurinkokenno. Plamen Petkov tieteellisestä amerikkalaisesta

LEDeille perovskiitit voivat saavuttaa upeita värin laatu mikä voi johtaa edistyneisiin joustavat näyttötekniikat. Perovskilaiset voisivat myös antaa halvempaa, korkeampaa laatua valkoinen valaistus kuin nykypäivän kaupalliset ledit, joiden maapallon "värilämpötila" voidaan valmistaa antamaan viileä tai lämmin valkoinen valo tai mikä tahansa haluttu sävy niiden välissä. Ne tuottavat myös jännitystä rakennuspalikoina tulevat kvanttitietokoneetSekä Röntgentunnistimet erittäin pieniannoksisen lääketieteellisen ja turvallisen kuvantamisen.

Vaikka ensimmäiset tuotteet ovat jo tulossa markkinoille, haasteita on edelleen. Yksi avainkysymys on mielenosoitus pitkän aikavälin vakaus. Mutta tutkimus on lupaavaa, ja kun nämä on ratkaistu, halogenidiperovskiitit voisivat todella edistää energiantuotannon ja kulutuksen muutosta.Conversation

kirjailijasta

Sam Stranks, energia- ja kuninkaallisen yliopiston yliopiston lehtori, University of Cambridge

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Liittyvät kirjat

Laskutus: Kaikkein kattavin suunnitelma, jota koskaan ehdotettiin maailmanlaajuisen lämpenemisen kääntämiseksi

Paul Hawken ja Tom Steyer
9780143130444Laajasti levinneen pelon ja apatian edessä kansainvälinen tutkijoiden, ammattilaisten ja tutkijoiden koalitio on koonnut tarjoamaan joukon realistisia ja rohkeita ratkaisuja ilmastonmuutokseen. Tässä on kuvattu sata tekniikkaa ja käytäntöä - jotkut ovat hyvin tunnettuja; jotkut, joita et ole koskaan kuullut. Ne vaihtelevat puhtaasta energiasta tyttärien kouluttamiseen pienituloisissa maissa maankäytön käytäntöihin, jotka vetävät hiiltä pois ilmassa. Ratkaisut ovat olemassa, ovat taloudellisesti kannattavia ja yhteisöt kaikkialla maailmassa toteuttavat niitä taitavasti ja päättäväisesti. Saatavana Amazon

Ilmastoratkaisujen suunnittelu: Poliittinen opas vähähiiliseen energiaan

Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
1610919564Koska ilmastonmuutoksen vaikutukset ovat jo kohdanneet, tarve vähentää maailmanlaajuisia kasvihuonekaasupäästöjä on kiireellistä. Se on pelottava haaste, mutta tekniikat ja strategiat sen täyttämiseksi ovat olemassa tänään. Pieni joukko energiapolitiikkoja, jotka on suunniteltu ja toteutettu hyvin, voivat viedä meidät polulle vähähiiliseen tulevaisuuteen. Energiajärjestelmät ovat suuria ja monimutkaisia, joten energiapolitiikan on oltava kohdennettua ja kustannustehokasta. Yksi koko sopiva lähestymistapa ei yksinkertaisesti saa aikaan työtä. Päättäjät tarvitsevat selkeän, kattavan resurssin, jossa hahmotellaan energiapolitiikat, joilla on suurin vaikutus ilmastotulevaisuuteen, ja kuvataan, miten nämä politiikat suunnitellaan hyvin. Saatavana Amazon

Tämä muuttaa kaikkea: kapitalismi vs. ilmasto

kirjoittanut Naomi Klein
1451697392In Tämä muuttaa kaiken Naomi Klein väittää, että ilmastonmuutos ei ole pelkästään toinen asia, joka on jätettävä verojen ja terveydenhuollon välillä. Se on hälytys, joka kutsuu meitä vahvistamaan taloudellisen järjestelmän, joka on jo meitä monin tavoin epäonnistumassa. Klein rakentaa huolellisesti tapaa, jolla kasvihuonekaasupäästömme vähentäminen on meidän tilaisuutemme vähentää samanaikaisesti eriarvoisuutta, kuvitella rikkoutuneita demokratiojamme uudelleen ja rakentaa taloutemme. Hän paljastaa ilmastonmuutoksen denierien ideologisen epätoivon, mahdollisten geoengineerien messiaaniset harhaluulot ja liian monien vihreiden aloitteiden traagisen defeatismin. Ja hän osoittaa täsmälleen, miksi markkinat eivät ole - eivätkä voi - korjata ilmastokriisiä, vaan pahentavat sen sijaan entistä äärimmäisempiä ja ekologisesti haitallisia uuttomenetelmiä, joihin liittyy riehuva katastrofi kapitalismi. Saatavana Amazon

Julkaisijasta:
Ostot Amazon-palvelussa kulkevat sinut tuodakseen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, että ClimateImpactNews.com maksutta ja ilman mainostajia, jotka seuraavat seurantatapojasi. Vaikka napsautat linkkiä, mutta älä osta näitä valittuja tuotteita, kaikki muut, jotka ostat samassa Amazon-vierailussa, maksaa meille pienen palkkion. Sinulle ei aiheudu lisäkustannuksia, joten olkaa hyvä ja edistäkää työtä. Voit myös käytä tätä linkkiä käyttää Amazonia milloin tahansa, jotta voit auttaa tukemaan ponnisteluja.

 

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

seuraa InnerSelfia

facebook-kuvakeTwitter-kuvakeRSS-kuvake

 Hanki uusimmat sähköpostitse

{Emailcloak = off}

UUSIMMAT VIDEOT

Viisi epäuskoa ilmastoon: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
Viisi ilmastonmuutosta: Kaatumiskurssi ilmaston väärinkäytöksissä
by John Cook
Tämä video on kaatumiskurssi väärässä ilmastotiedossa, jossa esitetään yhteenveto tärkeimmistä argumenteista, joita on käytetty epäilemään todellisuutta…
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
Arktinen alue ei ole ollut näin lämmin 3 miljoonan vuoden ajan, mikä merkitsee suuria muutoksia planeetalle
by Julie Brigham-Grette ja Steve Petsch
Pohjoisen Jäämeren merijää peittyy joka vuosi matalaan pisteeseen syyskuun puolivälissä. Tänä vuonna se on vain 1.44…
Mikä on hurrikaanimyrskyn aalto ja miksi se on niin vaarallista?
Mikä on hurrikaanimyrskyn aalto ja miksi se on niin vaarallista?
by Anthony C. Didlake Jr.
Kun hurrikaani Sally suuntasi lahden pohjoisrannikolle tiistaina 15. syyskuuta 2020, ennustajat varoittivat…
Valtameren lämpeneminen uhkaa koralliriuttoja ja saattaa pian vaikeuttaa niiden palauttamista
Valtameren lämpeneminen uhkaa koralliriuttoja ja saattaa pian vaikeuttaa niiden palauttamista
by Shawna Foo
Jokainen, joka hoitaa puutarhaa juuri nyt, tietää, mitä äärimmäinen lämpö voi tehdä kasveille. Lämpö on myös huolenaihe…
Auringonpaikat vaikuttavat säämme, mutta eivät yhtä paljon kuin muut asiat
Auringonpaikat vaikuttavat säämme, mutta eivät yhtä paljon kuin muut asiat
by Robert McLachlan
Menemmekö ajanjaksolle, jossa aurinkoaktiivisuus on matalampaa, ts. Auringonpilkut? Kauanko se tulee kestämään? Mitä tapahtuu maailmallemme ...
Likainen temppu ilmastotieteilijöille kolmen vuosikymmenen aikana IPCC: n ensimmäisen raportin jälkeen
Likainen temppu ilmastotieteilijöille kolmen vuosikymmenen aikana IPCC: n ensimmäisen raportin jälkeen
by Marc Hudson
Kolmekymmentä vuotta sitten, pienessä ruotsalaisessa kaupungissa Sundsvall, hallitustenvälinen ilmastomuutospaneeli (IPCC)…
Metaanipäästöt saavuttivat ennätystasot
Metaanipäästöt saavuttivat ennätystasot
by Josie Garthwaite
Tutkimukset osoittavat, että metaanipäästöt maailmanlaajuisesti ovat saavuttaneet ennätyksellisen korkeimman tason.
merilevä Forrest 7 12
Kuinka maailman valtamerten metsät osaltaan lievittävät ilmastokriisiä
by Emma Bryce
Tutkijat etsivät merilevää apua hiilidioksidin varastoinnissa kaukana meren pinnan alla.

UUSIMMAT ARTIKKELIT

Jumala tarkoitti sitä kertakäyttöisenä planeettana: Tapaa meille pastori, joka saarnaa ilmastonmuutoksen kieltämistä
Jumala tarkoitti sitä kertakäyttöisenä planeettana: Tapaa meille pastori, joka saarnaa ilmastonmuutoksen kieltämistä
by Paul Braterman
Aina niin usein kohtaat kirjeen, joka on niin erikoinen, ettet voi olla jakamatta sitä. Yksi tällainen pala on…
Kuivuus ja kuumuus uhkaavat yhdessä länsimaita
Kuivuus ja kuumuus uhkaavat yhdessä länsimaita
by Tim Radford
Ilmastonmuutos on todella polttava asia. Samanaikainen kuivuus ja kuumuus ovat yhä todennäköisempiä useimmille…
Kiina vain hämmästytti maailmaa tehostamalla ilmastotoimia
Kiina vain hämmästytti maailmaa tehostamalla ilmastotoimia
by Hao Tan
Kiinan presidentti Xi Jinping yllätti globaalin yhteisön äskettäin sitoutumalla maansa nollapäästöihin…
Kuinka ilmastonmuutos, muuttoliike ja lampaiden tappava sairaus muuttavat käsitystämme pandemioista?
Kuinka ilmastonmuutos, muuttoliike ja lampaiden tappava sairaus muuttavat käsitystämme pandemioista?
by Super User
Uusi kehys patogeenien evoluutiolle paljastaa maailman, joka on paljon alttiimpi taudinpurkauksille kuin aiemmin ...
Ilmastolämpö sulaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
Mitä odottaa nuorten ilmastoliike
by David Tindall
Opiskelijat ympäri maailmaa palasivat kaduille syyskuun lopulla ensimmäistä kertaa maailmanlaajuisen ilmastotoimien päivän…
Historialliset Amazonin sademetsien tulipalot uhkaavat ilmastoa ja lisäävät uusien sairauksien riskiä
Historialliset Amazonin sademetsien tulipalot uhkaavat ilmastoa ja lisäävät uusien sairauksien riskiä
by Kerry William Bowman
Amazonin alueen tulipalot vuonna 2019 olivat ennennäkemättömiä tuhoissaan. Tuhannet tulipalot olivat palaneet yli…
Ilmastolämpö sulattaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
Ilmastolämpö sulaa arktiset lumet ja kuivaa metsät
by Tim Radford
Tulipalot palavat nyt arktisten lumen alla, missä kerran kosteimmatkin sademetsät palivat. Ilmastonmuutos tuottaa epätodennäköistä…
Meren lämpöaallot ovat yleistymässä ja voimakkaampia
Meren lämpöaallot ovat yleistymässä ja voimakkaampia
by Jen Monnier, Enisa
Parannetut valtamerten "sääennusteet" antavat toivoa vähentää kalastuksen ja ekosysteemien tuhoja ympäri maailmaa