Malý nový tepelný motor bez pohyblivých častí práve dosiahol neuveriteľný energetický míľnik

Termofotovoltaický (TPV) článok namontovaný na chladiči. (Šťastný Frankel)

Vedci dúfajú, že polovodičové termofotovoltaické (TPV) články bez pohyblivých častí môžu dosiahnuť vyššiu účinnosť pri vyšších teplotách, pokiaľ ide o premenu tepla na elektrinu – a viesť k energetickým sieťam založeným výlučne na obnoviteľných zdrojoch energie.

Jeden taký TPV článok teraz dosiahol nový svetový rekord 40-percentnej účinnosti, uvádzajú výskumníci. To je lepšie ako parné turbíny tradične používané na premenu tepla na elektrinu, ktoré zvyčajne dosahujú maximálne 35 percent a majú aj horné teplotné limity.

TPV premieňajú vysokoenergetické fotóny z rozpálených zdrojov tepla na elektrinu. V kombinácii s termálnymi batériami by mohli zachytávať energiu zo Slnka a uchovávať ju preč a uvoľňovať elektrinu podľa potreby.



„Jednou z výhod polovodičových meničov energie je, že môžu pracovať pri vyšších teplotách s nižšími nákladmi na údržbu, pretože nemajú žiadne pohyblivé časti,“ hovorí strojný inžinier Asegun Henry , z Massachusettského technologického inštitútu (MIT).

'Len tam sedia a spoľahlivo vyrábajú elektrinu.'

Termofotovoltaický článok zapojený do rekordnej premeny dokáže vyrábať elektrinu zo zdrojov tepla pri teplotách 1 900 až 2 400 stupňov Celzia (3 452 až 4 352 stupňov Fahrenheita). Tieto teploty sú príliš vysoké na to, aby na nich mohli pracovať konvenčné parné turbíny, a to kvôli pohyblivým častiam.

Teraz sa zvyšuje aj účinnosť týchto buniek, vďaka čomu sú životaschopnejšie. Predchádzajúci rekord dosahoval 32-percentnú účinnosť, zatiaľ čo väčšina doteraz vyrobených TPV článkov sa pohybovala okolo 20-percentnej účinnosti.

Záznam účinnosti bol meraný pomocou snímača tepelného toku na meranie tepla absorbovaného článkom, ktorého veľkosť je približne centimeter štvorcový. Na zmenu množstva tepla, ktorému bol článok vystavený, sa použila vysokoteplotná žiarovka, čo odhalilo, že je v skutočnosti vhodné na montáž do väčšieho systému.

'Môžeme dosiahnuť vysokú účinnosť v širokom rozsahu teplôt relevantných pre tepelné batérie,' hovorí Henry .

Zlepšenie účinnosti je spôsobené najmä použitými materiálmi, ktoré majú takzvanú nízku úroveň bandgap – medzera, ktorú musia prekonať elektróny, aby sa vyrobila elektrina. Tu výskumníci použili materiály s vyšším bandgap, ako aj viacnásobné spojenia (alebo vrstvy materiálu).

Používajú sa tri vrstvy: zliatina s vysokou šírkou pásma na zachytenie vysokoenergetických fotónov, aby sa premenili na elektrinu, zliatina s nízkou medzerou na zachytenie fotónov s nízkou energiou, ktoré prekĺznu cez prvú vrstvu, a zlaté zrkadlo na odraz fotónov, ktoré prešli všetkými cestu späť k zdroju tepla, čím sa minimalizuje plytvanie teplom.

S bunkou TPV, ktorá sa teraz osvedčila ako funkčná, spoľahlivá a efektívna, môžu vedci pokračovať v práci na jej rozširovaní a kombinovaní s inými prvkami, aby vytvorili systém úplnej výroby energie – a systém, ktorý neprodukuje žiadny uhlík. používa sa.

„Termofotovoltaické články boli posledným kľúčovým krokom k preukázaniu, že tepelné batérie sú životaschopným konceptom,“ hovorí Henry . 'Toto je absolútne kritický krok na ceste k šíreniu obnoviteľnej energie a dosiahnutiu úplne dekarbonizovanej siete.'

Výskum bol publikovaný v r Príroda .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.