نقش گوجه فرنگی در افزایش کارایی پنل‌های خورشیدی

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما به نقل از آی ای، یکی از معایب اصلی انرژی خورشیدی در بازده متفاوت پنل‌های خورشیدی نهفته است. اصطلاحات بازده پنل خورشیدی و بازده سلول خورشیدی به میزان نور خورشیدی اشاره دارد که که هر فناوری فتوولتائیک می‌تواند به انرژی قابل استفاده تبدیل کند..
به طور معمول، بازده سلول‌های خورشیدی بسته به مکان، آب و هوا و سایر شرایط طبیعی و نوع سامانه انرژی خورشیدی مورد استفاده از ۱۵ تا ۲۲ درصد متغیر است. هر چند در چند سال اخیر، پیشرفت‌های لازم در فناوری فتوولتائیک به افزایش رقم آن کمک کرده است.
در سال ۲۰۲۲، یکی از باورنکردنی‌ترین اکتشافات در این زمینه به گروهی از محققان چینی مربوط می‌شود که اخیرا دریافته‌اند لیکوپن می‌تواند کارایی سلول‌های خورشیدی مبتنی بر پروسکایت (Perovskite solar cell) را از ۲۰.۵۷ درصد به ۲۳.۶۲ درصد افزایش دهد.
لیکوپن یک آنتی اکسیدان است که گوجه فرنگی را قرمز اما از پوست آن در برابر اشعه فرابنفش نیز محافظت می‌کند. زمانی که لیکوپن روی پنل‌های خورشیدی پروسکایت اعمال می‌شود، می‌تواند آن‌ها را از تخریب ناشی از اشعه فرا بنفش محافظت کند و دوام آن‌ها را افزایش دهد. این رنگدانه همچنین جریان الکتریکی را در صفحات خورشیدی پروسکایت بهبود می‌بخشد.
برخی از انواع پنل‌های خورشیدی عملکرد بهتری نسبت به سایرین دارند. در حال حاضر، بیشتر پنل‌های خورشیدی تجاری (حدود ۹۰ درصد) مبتنی بر سیلیکون هستند، زیرا گزینه‌ای نسبتاً مقرون به صرفه هستند چرا که تا ۲۵ سال عمر می‌کنند و نیازی به نگهداری زیادی ندارند. اما آن‌ها به ندرت از نرخ بهره‌وری ۲۰-۲۵ درصد فراتر می‌روند. انواع مختلفی از پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون وجود دارد:
پنل‌های خورشیدی پروسکایت نستب به پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون کم هزینه و کارآمدتر هستند (نرخ بازدهی آن‌ها حدود ۲۵ درصد است). با این حال، آن‌ها به راحتی با رطوبت، گرما، نور و عوامل دیگر تخریب می‌شوند.
این پنل‌های خورشیدی به دلیل عمر کوتاه‌شان در حال حاضر در بازار قابل رقابت نیستند. با این حال، سایر ویژگی‌های آن‌ها امیدوارکننده است و دانشمندان از جستجوی راه‌های جدید برای افزایش پایداری، دوام و کارایی این پنل‌ها دست برنداشته‌اند. اینجاست که لیکوپن، رنگدانه گوجه فرنگی وارد عمل می‌شود.
لیکوپن یک آنتی اکسیدان طبیعی است. به این ترتیب، اکسیداسیون (واکنش شیمیایی مسئول رادیکال‌های آزاد) را مهار می‌کند. رادیکال‌های آزاد یون‌ها، اتم‌ها یا مولکول‌هایی هستند که تعداد الکترون‌های آن‌ها یکنواخت نیست و آن‌ها را ناپایدار می‌کند و می‌توانند واکنش‌هایی را فعال کنند که دی. ان.‌ای را تغییر می‌دهد و باعث آسیب سلولی در موجودات زنده می‌شود.
لیکوپن به رادیکال‌های آزاد تولید شده با تابش فرابنفش خورشید متصل می‌شود و آن‌ها را پایدارتر می‌کند. به این ترتیب، این رنگدانه با کاهش آسیب سلولی در بافت پوست، از گوجه فرنگی و سایر میوه‌های قرمز در برابر اشعه فرا بنفش محافظت می‌کند.
با دانستن این موضوع، محققان چینی این فرضیه را مطرح کردند که لیکوپن می‌تواند میزان تخریب پنل‌های خورشیدی پروسکایت تولید شده با اشعه فرابنفش را کاهش و دوام آن‌ها را افزایش دهد.
پس از آزمایش‌ها، آن‌ها دریافتند که لیکوپن مرز‌های دانه را غیرفعال می‌کند، شفافیت را بهبود می‌بخشد و تراکم تله‌های الکترونی که در مجموع باعث افزایش جریان الکتریکی در پنل‌های خورشیدی می‌شود را کاهش می‌دهد و بنابراین کارایی آن‌ها نیز افزایش می‌یابد.
در مورد پنل‌های خورشیدی مبتنی بر سیلیکون، یکی از راه‌های بهبود کارایی آنها، افزودن لایه‌های نازک پروسکایت یا سایر مواد جاذب نور (مانند اکسید سیلیکون) است. راه دیگر قرار دادن بازتابنده‌های آینه در زوایای خاص در نزدیکی صفحات خورشیدی است تا به آن‌ها کمک کند نور خورشید بیشتری را جذب کنند.
علاوه بر این، عدسی‌های فرنل (Fresnel lenses) می‌توانند به عنوان متمرکز کننده‌های خورشیدی برای ساخت پنل‌های خورشیدی استفاده شوند که به معنای واقعی کلمه نور خورشید دریافتی را روی سلول‌های خورشیدی خود متمرکز می‌کنند.
فرسنل (Fersnel Lens) نوعی عدسی است که در اصل به همت یک فیزیکدان فرانسوی به نام آگوستن-ژان فرسنل برای فانوس‌های دریایی ساخته شد. طراحی آن به گونه‌ای است که امکان تولید لنز‌هایی با دهانه بزرگ و فاصله کانونی کوچک را فراهم می‌کند، بدون اینکه نیازی به جرم و حجمی از ماده که در لنز‌های سنتی استفاده می‌شود باشد. در مقایسه با لنز‌های سنتی حجیم، عدسی فرسنل بسیار نازک‌تر، بزرگ‌تر و مسطح‌تر است و نور مایل بیشتری را از منبع جذب می‌کند؛ بنابراین این امکان را فراهم می‌آورد که فانوس‌های دریایی از فاصله‌های بسیار دور رویت‌پذیر باشند.