Pete: новый способ использования солнечной энергии

Автор: ·

Pete: новый способ использования солнечной энергииНиколас Мелош, исследователь Стэнфордского Университета показал новый механизм преобразования солнечного света и тепла в электричество посредством созданного им устройства.

Устройство нового типа, применяющее в один момент тепловую энергию и энергию света, обещает новые возможности в преобразовании энергии Солнца в электричество.

Принцип действия нового прибора основан на физических явлениях открытых учеными Стэнфорда. В прототипе нового преобразователя солнечный свет возбуждает электроны в особом электроде, а избыточное тепло перебрасывает эти электроны на другой электрод в вакууме, создавая электрический ток. По задумке ученых, неиспользованная тепловая энергия будет использована для нагрева теплоносителя парового двигателя.

Такая конструкция разрешит преобразовывать рекордные 50% энергии солнечного света в электричество. На сегодня, теоретический предел фотоэлектрических элементов чуть дотягивает до 29% КПД преобразования, а лучшие серийные образцы показывают 22%.

Простые же солнечные батареи из кристаллического кремния действенны только на 15%. Большинство всей солнечной энергии теряется в виде тепла. Это происходит вследствие того что такая солнечная ячейка применяет только часть светового спектра, фотоны же ниже определенного энергетического уровня пластину.

Один из способов применять солидную часть светового потока – это создание многослойных структур, любой слой которых принимает собственную часть спектра, тем самым увеличивая неспециализированную эффективность преобразования до 40% (сейчас это 35.8%). Недочёт данной технологии – довольно высокая стоимость и сложность производства.

В отыскивании нового способа преобразования солнечного света и тепла в электричество Николас Мелош обратил внимание на высокоэффективную комбинацию паровой турбины и парового двигателя, что применяет побочное тепло. Но термальная энергия не хорошо комбинируются с фотоэлектрическими элементами, поскольку повышение температуры ведет к повышению эффективности теплового преобразователя, но очень сильно снижает КПД кремниевой пластины.

Мысль применения разогретого электрода чтобы получить электроэнергию в вакууме не нова. Подобные конверторы (thermionic energy converter) употреблялись русскими спутниками, но не нашли применения на земле, поскольку для действенной работы требовалась очень высокая температура, около 1500 С. Катод этих термических преобразователей в большинстве случаев создавался с применением цезия.

Группа исследователей под управлением Мелоша заменила катод из цезия на «сэндвич» из полупроводникового материала, что имел возможность применять как световую, так и тепловую энергию для преобразования. В то время, когда свет попадал на катод, он начинал трудиться как простой фотоэлектрический элемент из кристаллического кремния, чего не происходило в катодах, выполненных из металла в прошлом. Потом не требовалось громадного количества тепла, дабы перевозбужденные электроны начинали перепрыгивать на анод.

Так, новая совокупность разрешала действенно действующий при более низких температурах, чем в хорошем теплоэлектронном преобразователе, но при более больших температурах, чем простая фотоэлектрическая пластина.

Ученые назвали новый механизм PETE — photon-enhanced thermionic emission, либо теплоэлектронный преобразователь, улучшенный фотонами.

Прототип устройства был обрисован в издании Nature Materials. Применение нитрида галлия в качестве полупроводникового катода, разрешило взять впечатляющий коэффициент нужного действия около 25% при температуре 200 С, температуре, при которой простой фотоэлектрический элемент по большому счету перестает трудиться, в новом преобразователе КПД продолжал расти с повышением температуры.

на данный момент ученые Стэнфорда экспериментируют с более подходящими материалами для более качественного катода, включая арсенид и кремний галлия. Следующий прототип обязан будет действующий при температурах 400-600 С, а для достаточной солнечного потока и температуры ученые применяют солнечные концентраторы, каковые сфокусируют плотный поток световой энергии на катод устройства.

Без оглядки на большой КПД, фотонный теплоэлектронный преобразователь будет выделять больше тепла, чем он сможет применять, исходя из этого Мелош и предлагает применять избыточное тепло для генерирования электричества посредством паровой машины, подняв агрегатный КПД совокупности до 50%.

Ученый сохраняет надежду, что в течение трех лет его изобретения будет увеличено до готовности внедрения в массовое производство.

7 ВПЕЧАТЛЯЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Статьи, которые будут Вам интересны:

Метки: