Термо-фотоэлементы. Обойдем законы физики.

    Эту статью могут комментировать только участники сообщества.
    Вы можете вступить в сообщество одним кликом по кнопке справа.
    Иван Касьянов перепечатал из www.popmech.ru
    5 оценок, 750 просмотров Обсудить (6)

     

    Новый солнечный элемент преобразует не только свет, но и тепло в полезную энергию, что позволит удвоить количество электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями.
      

    Новый термофотоэлемент 


    Солнце обеспечивает нашу планету светом и теплом. Человек уже давно научился использовать его свет для получения электричества при помощи солнечных батарей, но как же быть с теплом? Нельзя ли каким-то способом преобразовать солнечное тепло в полезную энергию?

    Ещё с 1961 года считалось, что есть абсолютный теоретический предел, известный как предел Шокли-Квайссера, который ограничивает эффективность преобразования солнечной энергии элементами традиционной конструкции. Для одноcлойных солнечных ячеек из кремния, которые сегодня используются в подавляющем большинстве панелей, максимальный КПД составляет порядка 32%. Сегодня науке известны способы, которые позволили бы обойти этот предел и повысить общую эффективность преобразования. В их числе хорошо изученный метод создания многослойных элементов, использование оптических фильтров, а также способ предварительного преобразования солнечного света в тепло, и лишь потом — в электроэнергию.

    Учёные из Массачусетского технологического института пошли по второму пути. В статье, опубликованной в журнале Nature Energy, исследователи описывают постройку полностью работоспособного солнечного термофотогенератора (STPV). В солнечном элементе STPV присутствует дополнительный слой, поглощающий тепло и свет из солнечного света и отражающий их обратно в форме света, который затем улавливается солнечным элементом и преобразуется в электроэнергию.

    Свет, излучаемый этим устройством, точно откалиброван под такую длину волны, чтобы солнечный элемент работал с максимальной эффективностью. Для этого используются специальные нанофотонные кристаллы, которые могут быть изготовлены таким образом, чтобы при нагреве излучать свет с точной длиной волны. В обычном случае солнечная батарея или фотогенератор просто преобразует свет в электроэнергию без промежуточной ступени с нагреванием.

    В опытах, проведённых в МТИ, нанофотонные кристаллы были встроены в систему с вертикально выровненными углеродными нанотрубками, где они нагревались до внушительной температуры в 1000 °C. Нагревшись, нанофобные кристаллы начинают излучать свет в узком диапазоне, который в точности соответствует тому, что способен поглотить фотогенератор для выработки электроэнергии.

    По словам одного из авторов работы, аспиранта МТИ Дэвида Бирмана, углеродные нанотрубки — это почти идеальный поглотитель всего солнечного спектра, то есть благодаря им вся энергия фотонов преобразуется в тепло. Затем это тепло вновь преобразуется в свет, но благодаря нанофотонной структуре, в световые волны только той длины, которые обеспечивают максимальную эффективность работы фотогенератора. Такая технология теоретически позволяет удвоить количество энергии, производимой солнечной батареей той же площади.

    Чтобы доказать работоспособность методики, учёные провели ряд опытов с использованием фотоэлектрического элемента и термофотогенератора STPV — сначала под прямым солнечным светом, а затем с полной блокировкой солнца, чтобы фотоэлемент освещался исключительно за счёт вторичного излучения от фотонных кристалов. Полученные результаты подтвердили, что реальная производительность соответствует проведённым расчётам.

    Новая методика может быть использована в уже существующих заводах концентрированной солнечной энергии, в которых системы линз и зеркал будут фокусировать солнечный свет для получения высоких температур. Дополнительным компонентом такой установки может стать оптический фильтр, пропускающий свет с нужной длиной волны на солнечный элемент и отражающий назад волны другой длины, которые будут вновь поглощаться углеродными нанотрубками и поддерживать температуру фотонных кристаллов.

    Авторы исследования считают, что предлагаемая ими система имеет массу преимуществ перед традиционной фотоэнергетикой, в которой применяется кремний и другие материалы. Прежде всего, устройство, вырабатывающее световые волны с помощью тепла, меньше зависит от погодных условий — например, от облаков, закрывающих солнце. Если объединить его с системой хранения тепла, то можно использовать солнечную энергию для выработки электричества вне зависимости от времени суток. Кроме того, поскольку система использует тепловую энергию, она позволяет снизить избыточную выработку тепла, которое может повредить некоторым системам концентрации солнечной энергии.

    К сожалению, в ближайшем будущем мы не увидим на соседней крыше солнечные панели на основе термофотогенераторов: учёные всё ещё работают над тем, как перенести эту технологию из лаборатории в реальный мир.

    В этом небольшом видеролике демонстрируются некоторые из предыдущих достижений учёных МТИ в области разработки солнечных термофотогенераторов STPV:

     

    <iframe style="margin-left: auto;" src="http://www.youtube.com/embed/P8-8FveMieM" frameborder="0" align="bottom" width="425" height="350"></iframe> 

     

    P.S. От себя добавлю, что это далеко не первая попытка. В 2011 к примеру сообщалось на покойной мембране, что создан комбинированный термо-фотоэлемент, но там шло одновременное фото-эдс и термоэдс от рабочего слоя типа элемента Пельтье в единой полупроводниковой структуре. Здесь способ фильтра/преобразователя узкозонного излечения. Очень перспективный, ибо квантовая эффективность к избранному спектру у фотоэлементов порой может быть очень близка к 100%. Но тут конструктивно несколько элементов не могущих быть изготовленными в едином технологическом цикле. Это дороже и сложнее. Хотя материалы гораздо дешевле.

    На технологии термоизлучателя кстати есть термо-генераторы на фотоэлементах для промыщленных высокотемпературных выхлопных газов. Рабочее тело греется до высоких температур, а расположенный от него в микронном зазоре фотоэлемент с высокой эффективностью поглащает тепловое излучение строго выверенного спектра за счет туннелирования фотонов. Но там проблемы с соблюдением зазоров при термическом расширении при изменении режима работы.

     Технологий много чудных создано и придумано, какая выстрелит гадать можно бесконечно.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Комментировать

    осталось 1185 символов
    пользователи оставили 6 комментариев , вы можете свернуть их
    Вячеслав Штыряев # написал комментарий 31 мая 2016, 02:08
    Уже давно созданы были ТЭГ надеваемые на стекло керосиновой лампы.Использовались множество термопар и этой энергии хватало для не большого батарейного радиоприёмника! (1954год) При современных материалах и технологиях глупо не использовать прежний опыт.
    Konstantin Kаминский # написал комментарий 31 мая 2016, 06:57
    Точно геркулес (зевс) Змееносцу не ровня. Не то что наши всё нанобатов выводят, люди тепло из великого древнего дракона получить хотят. Что значит прикладная наука, а что значит распилка бюджета.

    Кстати, опилки хороший ресурс как для выработки тепла так и для копчения. Хотя приземлятся злобные алиены в каком небудь Уэльсе (Falcon Film Productions PLC) и всем островитянам крышка, парниковый эффект, ничего придумывать не придётся. Жарко будет как в Банкоке!
    Konstantin Kаминский # написал комментарий 31 мая 2016, 07:21
    Кстати, есле уж разооружать наноботов, то не нужно так верить "этим" с Массачусетса. Я уже поработал на системах "Чистой воды", ничего нового они не пидумали, как засадить за "решотку" одного из лидеров сборной команды по борьбе с тай кван до, как в клипе Акона. Что значит не нужно хвастаться. Особенно когда Вас хотят переключить из сис. Акилы под сис. лура из омикрона 8, учащего сына завоёвывать "залежавшиеся" на полке "планеты" с их лунами.
    Konstantin Kаминский # написал комментарий 31 мая 2016, 07:54
    И так чтоб контратаковать нанотехнологии, изложенные автором, на мой космический взгля уместно сообщить научному сообществу, что именно "геркулес" в руках которого учебная плавучая база Королевских сил Австралии "Цербер" тот, кто расжигает кофликт на Юге России. Кстати и сбитый "малазийский" Боинг сюда подходит, есле вспомнить наёмников из "Крепкого орешка-2". Осталось вычислить к чейму "куполу" подключены проводки, ведь не каждый день увидешь разумную жизнь в соз. Саула "акраба".

    Реальные технологии - это кто и как умудрился из Короны Уэльса сделать намордник для Русских борзых? Ведь и в СССР учёные были, однако страну от развала, разрухи и голода не спасли, как и не согрели.

    Уже бы скорей Скай.нет взяло все эти детища землян под свой контроль, а то что-то выдумывают, капканы на самих же себя ставят, ведь кто с бака, а у которого в лэптопе пёс "ё-мобиль (обительзла)" завёлся, и жужжит.

    И вообще пока Акон "деньгами" сорит и их имеет ,пока русские их "берегут","нока" попала в "бокс" к надалу и "зачахла"!
    Konstantin Kаминский # написал комментарий 31 мая 2016, 11:10
    Для изобретателей, хорошая идея поучиться у итальянского архитектора Бона Фрязина, я по уши зарылся в широком диапозоне информации, но никак не могу повторить опыт замещения в слове "kellotapuli", учитывая, что я обложен со всех сторон "коплучами" йеговы из Барбадура, инк-визитор и врага Европейской науки. Не путать с Факерами гейлорда из Майами. Тут реальные "профили", сразу от коренных афганцев отличишь. Видно такие, что у русских солдат "нервы" испытывали. Без бацылы к ним лучше не суваться. Хотя попробуй найти, куда Марсиане свои бацылы позарывали.
    • Регистрация
    • Вход
    Ваш комментарий сохранен, но пока скрыт.
    Войдите или зарегистрируйтесь для того, чтобы Ваш комментарий стал видимым для всех.
    Код с картинки
    Я согласен
    Код с картинки
      Забыли пароль?
    ×

    Напоминание пароля

    Хотите зарегистрироваться?
    За сутки посетители оставили 608 записей в блогах и 5954 комментария.
    Зарегистрировалось 53 новых макспаркеров. Теперь нас 5029082.