Kokie yra naujausi pasiekimai saulės elementuose, veikiančiuose silpnoje šviesoje, naudojamuose kiaulpienių sodo žibintams?

Kodėl saulės elementai silpnoje šviesoje yra būtini kiaulpienių sodo žibintams

Sodui skirtos šviesos paparčiams susiduria su gana sunkiomis aplinkos sąlygomis, kurios reikalauja specialių saulės technologijų sprendimų. Dauguma jų montuojamos vietose, kur taip pat mažai krenta saulės šviesos, pavyzdžiui, po medžiais ar šešėtinguose sodų kampuose, ypač šiaurinėse vietovėse, kur dienos šviesa yra ribota. Įprastos senoviškos silicio saulės baterijos tokiomis sąlygomis veikia neefektyviai. Kai pasirodo debesys arba šviesa nėra tiesioginė, standartinės saulės baterijos efektyvumą sumažina apie pusę, o kartais net dar labiau. O kai jos negali visiškai įkrauti baterijų, žmonės lieka su lemputėmis, kurios ilgomis žiemos naktimis ar niūriu pavasario oru pernelyg anksti pradeda mirksėti ir užgesinėja.

Dandelion žibintai, turėdami apvalią formą, iš tikrųjų surinkti energiją daro gana sudėtinga. Kreivės linkusios mesti šešėlius ant jų pačių, todėl jie gauna apie 30 % mažiau šviesos nei įprasti plokštieji skydeliai. Kai nėra specialių saulės elementų silpnai šviesai, tie gražūs išvaizdos lenkimai tampa problema, o ne privalumu. Kita šio tipo sodo žibintų kartai gamintojams reikėtų sutelkti dėmesį į jų veikimą esant blankiai šviesai – žemiau 100 liuksų lygio, kas atsitinka tada, kai medžiai užstoja didžiąją dalį dienos šviesos ar vakare. Kai kurie naujesni saulės elementai vis dar pasiekia apie 12–15 % efektyvumą net tokiose prieblandose, tuo tarpu įprasti silicio elementai beveik nebeveikia, kai efektyvumas krinta iki 5–7 %. Tai reiškia, kad žibintai patikimai dega visą naktį, pavertždami juos ne tik pavasario metų gražumynais, bet ir patikimu sprendimu visus metus, skirtingose kiemo vietose.

Perovskito ir kvantinių taškų inovacijos, didinančios efektyvumą silpnoje šviesoje

Prastovos-tunizuoti perovskitai optimaliam našumui esant išsklaidytai šviesai, kai apšvietimas yra mažesnis nei 100 liuksų

Tai, kodėl perovskitų saulės elementai taip gerai veikia silpnoje šviesoje, susiję su tuo, kaip mes reguliuojame jų prastovos savybes. Keičiant šių medžiagų cheminę sudėtį, jos tampa geresnės elektrinių krūvių generavime net tada, kai saulės šviesa yra išsklaidyta, o ne tiesioginė, pavyzdžiui, ankstyvą rytą, vėlyvą popietę arba debesuotomis dienomis. Tyrimai parodė, kad esant mažiau nei 100 liuksų apšvietimui, perovskitai gali sugauti apie 35–40 % daugiau šviesos dalelių lyginant su įprastais silicio elementais, todėl jie puikiai tinka sodų šviestuvams, kuriems reikia tinkamai veikti net esant dalinei šešėliui ar žiemos mėnesiais. Tai, kas juos skiria nuo tradicinės saulės technologijos, yra gebėjimas nuosekliai toliau gaminti energiją net tada, kai šviesos lygis kinta greitai – tai dažnai pasitaiko kiemuose, kur medžiai meta judančius šešėlius, o debesys keičiasi per visą dieną.

NIR-reaktyvūs kvantiniai taškai, praplečiantys spektrinį sugertį į šešėliuotas, per lapus filtruojamas aplinkas

Kvantinių taškų technologija atveria naujas galimybes šviesos kaupimui, nes ji gali sugauti artimojo infraraudonųjų spindulių bangas, kurios iš tiesų praeina pro lapus ir lieka gausios net tada, kai tampa šešėtinga. Kai šie specialūs KTa yra integruoti į tuos kiaulpienės formos šviesos skydelius, jie nepanaudotą šiluminę spinduliuotę paverčia tikru energijos kiekiu, dėl ko šviesos gali veikti apie 2 valandas ir 18 minučių ilgiau, kas patvirtinta neseniai atlikus lauko tyrimus. Tai daro didžiulį skirtumą sodo šviestuvams, esantiems po dideliais medžiais ar pergolomis, kur tradiciniai saulės baterijų skydai paprastai nebegali veikti jau praėjus keturioms valandoms po saulėlydžio. Tikras kerų efektas pasireiškia tada, kai šie mažyčiai dalelės naudoja šviesą, kurią mes net negalime matyti, todėl krūva lieka pastovi net tada, kai visur yra šešėliai.

Veikimas realiomis sąlygomis: veikimo trukmės padidėjimas ir lauko patvirtinimas

Šiaurės Europos ir Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų bandymai: 42 % ilgesnis naktinis apšvietimas lyginant su silicio pagrindu veikiančiais šviestuvais

Tyrimai, atlikti Skandinavijos šalyse ir kai kuriose Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų dalyse, kur kasdien paprastai būna tik apie 3,5 saulėtų valandų piką, parodė, kaip šios naujosios silpnos šviesos saulės elementų technologijos veikia už laboratorinių sąlygų ribų. Testuojant be pertraukos dvylika mėnesių, mažosios „paparčio“ lemputės, įrengtos naudoti perovskito medžiagomis ir kvantiniais taškais pagamintais saulės elementais, veikė beveik 1,5 karto ilgiau nei įprastosios silicio plokštelės versijos. Tai reiškia, kad jos gali šviesti visą naktį net tamsiausiomis žiemos dienomis, kai natūrali šviesa dažnai nepasiekia net 100 liuksų didumo per didžiąją dienos dalį. Kodėl taip vyksta? Na, patobulintos plokštės sugeria platesnę esamos šviesos spektro dalį, todėl geriau veikia po debesuotu dangumi ir net sugauna atspindžius nuo paviršių. Mes taip pat išbandėme jas Oregono pakrantėje, ir prabėgus visam metams, kovojant su drėgnu oru ir jūros druskingu oru, plokštės vis dar gamino tiek pat energijos, kiek ir tada, kai buvo sumontuotos.

Iš laboratorijos PCE (23,7 %) į derlių sode: kaip stabilizuotas mažos apšvietos išėjimas verčiamas į dantygalio šviesos patikimumą

Laboratorijos tyrimai parodė, kad perovskito elementai pasiekia apie 23,7 % galios konvertavimo efektyvumą esant stabiliomis, silpnos šviesos sąlygomis. Tačiau kas iš tikrųjų svarbu kasdieniam naudojimui – tai kaip gerai jie palaiko stabilų įtampą, kai dienos metu kinta saulės šviesa. Dandelion žibintai šią problemą sprendžia dėka protingos energijos valdymo sistemos, kuri neleidžia LED'ams mirksėti, kai praplaukia debesys – to dauguma pigių saulės žibintų paprasčiausiai nepajėgia įveikti. Mes taip pat surinkome lauko duomenis, kurie rodo gana įspūdingus rezultatus – apie 94 % nuolatinį ryškumą per visus metų sezonus. Vasaros ir žiemos skirtumas sudaro tik apie 5 % našumo skirtumo, kas visai neblogai, atsižvelgiant į orų kaitą. Praktiškai tai reiškia, kad žmonės gauna patikimą apšvietimą net einant po medžiais ar susiduriant su rytmetinio rūko sąlygomis, nesunkiai nieko reguliuoti. Galėjimas paversti puikius laboratorinius rodiklius į realią naudą kiekvieną naktį daro šiuos žibintus idealiais sodams ir takeliams, kur žmonės nori gero matomumo, nesirūpindami technine priežiūra.

Dizaino sinergija: kaip paparčio geometrija padeda geriau naudoti silpną šviesą

360° šviesos sugavimo kampas ir pats save valantis paviršiaus struktūra, padidinantys efektyvaus spinduliavimo sugavimą

Saulės lempos, sukurtos pagal kiaulpienės modelį, sujungia gamtos išmintį su pažangia saulės technologija, kad pasisemtų kiekvieną galimą energijos kiekį net tada, kai sąlygos nėra idealiomis. Jų apvali forma leidžia jiems sugauti saulės šviesą iš bet kurios aplink juos krypties, kas ypač svarbu daržuose, kuriuose medžiai dažniausiai dienos metu užstoja tiesioginę saulę. Kai kurie naujausi tyrimai rodo, kad tokie apvalūs dizainai sugauna apie 37 % daugiau išsklaidytos šviesos lyginant su įprastais plokščiais skydais, todėl lempos naktį veikia efektyviau. Kitas protingas sprendimas – specialus danga, apsauganti paviršių nuo purvo ir vandens. Be šios apsaugos, soduose esančios sistemos dėl antplutos kiekvieną mėnesį praranda nuo 12 iki 18 % efektyvumo. Visa sistema lieka švari be jokio valymo, o kreivė sumažina bergždžią atspindėtą šviesą ir nukreipia sklaidomą šviesą tiesiai į saulės elementus apačioje. Visos šios savybės reiškia, kad šios lempos netikėtai gerai veikia net esant pavėsui, drėgmei ar taršai. Tai parodo, kad neprivaloma aukoti funkcionalumo dėl patrauklaus išorinio vaizdo rytojaus saulės sprendimuose.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra mažos šviesos saulės elementai?

Mažos šviesos saulės elementai yra sukurti taip, kad veiktų efektyviai ir tokiose sąlygomis, kai saulės spindulių yra mažai arba netiesiogiai, pavyzdžiui, po medžiais, debesuotais laikais ar šešėlyje.

Kodėl perovskito saulės elementai geresni esant prastoms apšviestoms sąlygoms?

Perovskito saulės elementai turi reguliuojamas juostos spragos savybes, kurios leidžia jiems efektyviai generuoti elektros krūvį net sklaidytose ar netiesioginėse saulės spinduliose, kurios tinka esant prastos apšvietimo sąlygoms.

Kaip kvantiniai taškai padeda surinkti saulės šviesą?

Kvantiniai taškai gali absorbuoti infraraudonųjų bangų ilgį, prasiskverbiantį per lapus, todėl jie gali išgauti šviesą net šešėlyje ir paversti ją naudinga energija.

Kodėl sodininkystės lemputės yra efektyvios?

Apvalinta dandelion šviesų forma leidžia 360° šviesos sugavimo kampą ir sumažina šešėlius, taip didinant jų gebėjimą efektyviai surinkti išsklaidytą šviesą.

Kaip šie saulės elementai veikia realioje aplinkoje?

Tyrimai parodė, kad žiedinio šviesos sąlygomis veikiančios saulės baterijos, įmontuotos į kiaulpienės formos žibintus, užtikrina 42 % ilgesnį naktinį apšvietimą lyginant su tradiciniais silicio pagrindu gaminamais žibintais, net ir sudėtingose aplinkose, tokiomis kaip Šiaurės Europos šalyse bei Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų regione.

Ką reiškia PCE ir koks jo svarbumas?

PCE reiškia galios konvertavimo efektyvumą (Power Conversion Efficiency), tai svarbus rodiklis, parodantis, kiek efektyviai saulės elementas saulės šviesą paverčia elektros energija, ypač kintamomis apšvietimo sąlygomis.