Në çdo moment, 89,000 teravate energjie diellore godetë sipërfaqen e Tokës. Ndërsa janë bërë përmirësime të rëndësishme në shfrytëzimin e kësaj energjie, teknologjitë ekzistuese nuk shfrytëzojnë plotësisht potencialin e të gjithë spektrit diellor. Kjo kufizim qëndron kryesisht në absorpcionin jo-plotë të rrezatimit ultraviolet, të dukshëm dhe infra të kuq të diellit nga këto teknologji.
Një ekip hulumtuesish në KU-KIST Graduate School of Converging Science and Technology, në Seul, ka publikuar një mënyrë për të absorbua pothuajse të gjithë spektrin e përdorshëm të energjisë diellore në pajisjet termike, duke përdorur nanosfera të arta që vetë-organizojnë dhe quhen “supraballë plazmonike”.
Rrezatimi diellor përfshin valëve të ultravioletit (3-5%), të dukshme (40-45%) dhe infra të kuqe (50-55%). Qelizat fotovoltaike (PV) konvertojnë kryesisht dritën e dukshme dhe një pjesë të spektrit infra të kuq pranë në energji elektrike, duke lënë shumë nga energjia e mbetur pa u shfrytëzuar. Sistemet e përqendrimit të energjisë diellore mbledhin valëve më të gjera duke përdorur pasqyra, por kërkojnë infrastrukturë në shkallë të gjerë dhe ende varen nga materialet e receptorëve që nuk absorbojnë plotësisht. Kolektorët diellorë termikë absorbojnë dritën e dukshme dhe infra të kuqe relativisht mirë, por eficienca e tyre është e kufizuar nga shtresat e sipërfaqes që rrallë arrijnë një absorbim të afër totalit.
Këtu hyjnë në lojë “supraballët” plazmonike.
Teknologjia e re fillon si një suspension koloidale e nanopartikulave të arta, të cilat vetë-organizojnë në sfera në shkallë mikrometrike në zgjidhje. Mijëra nanopartikula bashkohen për të formuar “supraballë” dhe lëngu aplikohet pastaj në sipërfaqen qeramike të një gjeneratori termoelektrik, duke formuar një film të dendur dhe me teksturë që kap eficient dritën e diellit.
Filmat e nanopartikulave të arta dhe shtresat dielektrike absorbuese ekzistojnë tashmë dhe mund të rrisin absorpcionin e dritës në gamat e valëve specifike dhe të zvogëlojnë ri-emetimin e nxehtësisë. Megjithatë, shpesh vuajnë nga absorpcion i kufizuar i infra të kuqe, ndjeshmëri ndaj këndit, kostot e larta të prodhimit dhe degradimi termik me ekspozim termik afatgjatë.
Supraballët plazmonike funksionojnë ndryshe. Rezonancat e sipërfaqes të lokalizuara (LSPR) në sipërfaqet e nanopartikulave, së bashku me rezonancat të tipit Mie brenda sferave, kapin fotonet në valëve të ultravioletit, të dukshme dhe infra të kuqe pranë, duke konvertuar shumë nga kjo energji në nxehtësi. Kjo rezulton në një absorbim prej ~90% në të gjithë spektrin e diellit, duke përmirësuar ndjeshëm kapjen e energjisë termike dhe duke krijuar një gradient temperaturor më të fortë që në fund të fundit gjeneron rreth 2.4 herë më shumë energji elektrike sesa shtresat e nanopartikulave konvencionale.
Ekipi, i përbërë nga Jaewon Lee, Seungwoo Lee dhe Kyung Hun Rho, publikoi hulumtimin e tyre në revistën ACS Applied Materials & Interfaces.
Është e rëndësishme të theksohet se teknologjia e “supraballëve” plazmonike është kryesisht krijuar për sistemet diellore termike, siç janë gjeneratorët termoelektrikë diellorë (sistemet TEG), kolektorët diellorë termikë dhe sistemet e menaxhimit termik dhe ngrohjes pasive. Ato gjithashtu mund të luajnë një rol në sistemet hibride fotovoltaike-termike (PVT) ku drita e dukshme konvertohet në energji elektrike nga qelizat PV, dhe valëve të mbetura shfrytohen si nxehtësi.
“Supraballët tona plazmonike ofrojnë një rrugë të thjeshtë për të shfrytëzuar të gjithë spektrin e energjisë diellore”, thotë Seungwoo Lee. “Në fund të fundit, kjo teknologji e shtresave mund të ulë ndjeshëm barrierën për sistemet diellore termike dhe fototermike me eficiencë të lartë në aplikimet reale të energjisë.”
Përveç performancës, një tjetër avantazh i madh i teknologjisë është praktizimi i saj. Supraballët kërkojnë një prodhim me kompleksitet të ulët dhe aplikim përmes procesimit në zgjidhje. Gjithashtu, teknologjia është e kompatibile me pajisjet ekzistuese, të disponueshme komercialisht.
Burimi: American Chemical Society
Burimi: newatlas.com
