Nutzung von maschinellem Lernen und neuronalen Netzen zur weltweiten Maximierung der Solarenergie

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Wissenschaftler sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, unsere Welt zu einem besseren Ort zu machen, und ein Bereich, auf den sie sich konzentrieren, ist Solarenergie. Eine Idee in diesem Bereich besteht darin, Solarzellen effizienter zu machen, indem mehr Sonnenlicht auf sie konzentriert wird. Eine Gruppe von Wissenschaftlern am Cavendish Laboratory und am AMOLF (Amsterdam, NL) hat kürzlich bei der Untersuchung dieser Frage herausgefunden, dass es schwieriger ist, die Effizienz von Solarzellen auf diese Weise zu verbessern, als wir vielleicht denken überall auf dem Planeten erfassen.

Die Forscher wollten herausfinden, ob Solarzellen, Geräte, die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln, so optimiert werden können, dass sie in verschiedenen Teilen der Welt, wo die Konzentration des Sonnenlichts möglicherweise höher ist, eine bessere Leistung erbringen. Um dies zu untersuchen, verwendeten sie Modelle des maschinellen Lernens und neuronale Netze (KI), um zu verstehen, wie sich die Sonnenstrahlung an verschiedenen Orten auf der Erde verhalten würde.

Diese Daten integrierten sie in ein elektronisches Modell, um die Leistung der Solarzellen zu berechnen. Durch die Simulation verschiedener Szenarien konnten sie vorhersagen, wie viel Energie die Solarzellen an verschiedenen Standorten weltweit produzieren könnten.

Ihre Ergebnisseveröffentlicht in Joule, enthüllte jedoch eine überraschende Wendung. „Es erweist sich als sehr schwierig, Solarzellen hocheffizient zu machen. Anstatt also nur zu versuchen, Solarzellen besser zu machen, haben wir andere Wege gefunden, um mehr Sonnenenergie einzufangen“, sagte Dr. Tomi Baikie, Erstautor der Studie und Forschungsstipendiat am Cavendish Laboratory und am Lucy Cavendish College. „Dies könnte für Gemeinden wirklich hilfreich sein, da es ihnen verschiedene Möglichkeiten zum Nachdenken gibt, anstatt sich nur darauf zu konzentrieren, die Zellen mit Licht effizienter zu machen.“

Stellen Sie sich Solarmodule vor, die sich wie Origami biegen und falten oder teilweise transparent werden lassen, um sich nahtlos in die Umgebung einzufügen und eine einfache Installation zu ermöglichen. Durch die Verbesserung der Haltbarkeit und Vielseitigkeit dieser Paneele könnten sie in eine Vielzahl von Umgebungen integriert werden und versprechen Langlebigkeit und Effizienz.

„Wir schlagen einen anderen Plan vor, der dafür sorgen kann, dass Solarmodule an vielen verschiedenen Orten auf der Welt gut funktionieren“, sagte Baikie. „Die Idee ist, sie flexibel, ein wenig durchsichtig/halbtransparent und zusammenfaltbar zu machen. Auf diese Weise passen die Panels an alle möglichen Orte.“

Darüber hinaus befürworten die Forscher den Einsatz einer Strukturierung der Sonneneinfanggeräte mit dem Ziel, ihre Anordnung für eine maximale Sonnenlichtabsorption zu optimieren. Dieser Ansatz birgt das Potenzial, das Design von Solaranlagen zu verbessern und ihre Wirksamkeit bei der Nutzung von Solarenergie zu erhöhen.

„Diese Erkenntnis bedeutet, dass wir uns nun auf andere Dinge konzentrieren können, anstatt nur dafür zu sorgen, dass Solarzellen besser funktionieren. In Zukunft werden wir Wege zur Sonnenenergiegewinnung untersuchen, die Tessellation einschließen. Es ist wie ein Puzzlemuster, das uns helfen könnte, noch mehr Sonnenenergie einzufangen“, schloss Baikie.

Von Pooja Pandey

Tomi K. Baikie et al., ‘Aufdeckung des Potenzials lumineszierender Solarkonzentratoren in realen Umgebungen‘, Joule, 2024, ISSN 2542-4351, https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.018.

Ausgewähltes Bild: Foto eines Lichtkonzentrationsgeräts außerhalb des Maxwell Centre in Cambridge. Bildnachweis: Tomi Baikie

Mit freundlicher Genehmigung der Universität Cambridge, Abteilung für Physik.