Loading

Новые солнечные панели превращают тепло в свет

Создано 31.05.2016 11:16
Автор: Natali

Новые солнечные панели превращают тепло в свет. Facepla.net последние новости экологии

Команда исследователей из Массачусетского технологического института впервые продемонстрировала устройство на основе метода, который позволяет солнечной панели пробиться через предсказанный теоретический потолок того, сколько солнечного света они могут преобразовать в электричество.

Полученные результаты представлены в журнале Nature Energy, в работе докторанта института Дэвида Бирмана (David Bierman), профессора Эвелин Ван (Evelyn Wang), Марин Солжачик (Marin Soljačić), и ещё четверых ученых.

В то время как все исследования традиционных фотоэлементов сталкиваются с теми же основными теоретическими ограничениями, Бирман говорит, «с солнечными термофотоэлектрическими элементами у вас есть возможность преодолеть их».

По факту, теория предсказывает, что в принципе этот метод, который включает в себя спаривание обычных солнечных элементов с дополнительными слоями высокотехнологичных материалов, мог бы, как минимум, удвоить теоретический предел эффективности, что потенциально делает возможным получать в два раза больше мощности от такой же площади панелей.

Основной принцип прост: вместо того, чтобы рассеивать непригодную солнечную энергию в виде тепла в солнечной ячейке, весь свет и тепло сначала поглощаются промежуточным компонентом, нагревая его до той температуры, которая позволила бы компоненту испускать тепловое излучение. Настраивая материалы и конфигурацию этих добавленных слоев, можно контролировать выделение тепла в форме света с необходимой длиной волн, которые будут улавливаться солнечными панелями. Это повышает эффективность и уменьшает тепло, генерируемое в солнечном элементе.

Ключевой момент заключается в использовании высокотехнологичных материалов, называемых нанофотонные кристаллы, которые могут быть произведены для излучения точно определенной длины волн света, при нагревании. В произведенном тесте нанофотонноные кристаллы объединены в систему с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками, и работают при высокой температуре 1000 градусов по Цельсию. После нагрева нанофотонные кристаллы продолжают излучать свет с узкой полосой спектра определённой длины волны, которая точно соответствует диапазону, который фотоэлемент может уловить и преобразовать в электрический ток.

«Углеродные нанотрубки практически идеальный поглотитель по всему цветовому диапазону», - говорит Бирман, - «что позволяет ему охватить весь солнечный спектр. Вся энергия фотонов преобразуется в тепло». Затем, тепло повторно излучается в виде света, но, благодаря нанофотонной структуре, преобразуется в только цвета, которые соответствуют максимальной эффективности фотоэлектрической ячейки.

В процессе работы этот подход будет использовать обычную солнечно-концентрирующую систему, с линзами или зеркалами, фокусирующими солнечный свет, чтобы поддерживать высокую температуру. Дополнительный компонент, улучшенный оптический фильтр, пропускает все желаемые длины волн света в фотоэлектрические ячейки, отражая обратно любые нежелательные длины волн, так как даже этот улучшенный материал не является совершенным в плане ограничения излучения. Отраженные волны затем повторно улавливаются, помогая поддерживать высокую температуру фотонного кристалла.

Бирман говорит, что такая система может предложить целый ряд преимуществ по сравнению с обычными фотоэлектрическими панелями, будь то на основе кремния или других материалов. С одной стороны, тот факт, что фотонное устройство производит выбросы на основе тепла, а не света означает, что на него не будут влиять краткие изменения в окружающей среде, такие как облака, закрывающие солнце. На самом деле, при условии сочетания с системой хранения тепла, она, в принципе, может обеспечить использование солнечной энергии на круглосуточной основе. «Для меня самым большим преимуществом является возможность получения непрерывной мощности по требованию», говорит он.

Кроме того, благодаря способу, с помощью которого система использует энергию, которая в противном случае, будет потрачена впустую в виде тепла, она может уменьшить чрезмерное выделение тепла, которая может привести к повреждению некоторых элементов солнечной концентрирующей системы.

Следующий шаг включает в себя поиск способов сделать большие версии маленького прототипа экспериментальной установки лабораторного масштаба, а также разработку способов изготовления таких систем на экономически выгодной основе.

Facepla.net по материалам: news.mit.edu

Author: Natali

Комментарии: