211service.com
Geresnė šiluminė fotoelektra
Naujas požiūris į šilumos pavertimą elektra naudojant saulės elementus gali padaryti technologiją, vadinamą termine fotovolta (TPV), praktiškesne. MTPV 10 milijonų dolerių surinkęs startuolis Bostone teigia, kad sukūrė prototipus, kurie yra pakankamai dideli, kad būtų galima pritaikyti praktiškai. Neseniai bendrovė paskelbė apie susitarimus įrengti įrenginius stiklo gamyklose, gaminančius elektros energiją iš karštų išmetamųjų dujų.
Karšta vieta: Mikroskopinis tarpiklis, naudojamas saulės elementams palaikyti žemiau nei mikrometras virš kitos medžiagos šiluminiame fotovoltiniame įrenginyje.
Apskritai, šiluminės fotovoltinės sistemos naudoja saulės elementus, kad šviesą, sklindančią nuo karšto paviršiaus, paverstų elektra. Nors pirmosios programos bus elektros energijos gamyba iš panaudotos šilumos, galiausiai ši technologija gali būti naudojama elektrai gaminti iš saulės spindulių daug efektyviau nei saulės baterijos. Tokioje sistemoje saulės šviesa koncentruojama ant medžiagos, kad ji įkaistų, o tada jos skleidžiama šviesa saulės elemento paverčiama elektra.
Iki šiol ši technologija buvo nepraktiška komerciniams tikslams, iš dalies dėl reikalingos aukštos temperatūros ir iš dalies dėl konkurencijos su esamomis technologijomis, pvz., garo turbinomis, paverčiant šilumą elektra. MTPV naujovė – tai metodas, leidžiantis 10 kartų padidinti fotonų srautą iš šildomos medžiagos į saulės kolektorių, palyginti su įprastomis šiluminėmis fotovoltinėmis sistemomis, todėl jos sistemos gali būti mažesnės, pigesnės ir praktiškesnės esant žemesnei temperatūrai, sako Robertas DiMatteo, MTPV. generalinis direktorius.
Įprasta saulės baterija sugeria šviesą iš viso spektro, tačiau efektyviai konvertuoja tik tam tikras spalvas. Didžioji dalis kitų šviesos bangų energijos išeikvojama. Dėl to didžiausias teorinis įprasto saulės elemento efektyvumas yra 30 procentų arba 41 procentas, jei saulės šviesa pirmiausia koncentruojama naudojant veidrodį ar objektyvą. Šiluminėje fotovoltinėje sistemoje šviesa koncentruojama ant medžiagos, kad ji sušiltų. Medžiaga parenkama taip, kad įkaitusi ji skleistų šviesą bangų ilgiais, kuriuos saulės elementas galėtų efektyviai konvertuoti. Dėl to teorinis maksimalus šiluminės fotovoltinės sistemos efektyvumas yra 85 proc.
Praktiškai dėl inžinerinių iššūkių tai bus sunku pasiekti, tačiau DiMatteo teigia, kad bendrovės kompiuterių modeliai rodo, kad efektyvumas turėtų būti didesnis nei 50 proc. Prototipai nėra tokie veiksmingi: jie paverčia apie 10–15 procentų šilumos, kurią sugeria iš stiklo gamyklos išmetamųjų dujų, į elektros energiją, o to, DiMatteo teigimu, pakanka, kad įrenginiai būtų ekonomiški. (Numatomas TPV įrenginių efektyvumas taip pat yra daug didesnis nei numatomas termoelektrinių prietaisų, kurie tiesiogiai paverčia šilumą į elektros energiją, efektyvumą.)
Pagrindinis skirtumas tarp MTPV technologijos ir kitos šiluminės fotovoltinės įrangos yra saulės elemento ir šildomos medžiagos padėtis (MTPV reiškia mikronų tarpo TPV). Dirbdamas iš pradžių kaip MIT studentas, o vėliau dirbdamas Draper Laboratories tyrėju Kembridže, MA, DiMatteo išsiaiškino, kad įkaitusią medžiagą patalpinus labai arti saulės elemento, kur kas daugiau fotonų galėjo ištrūkti iš tam tikros medžiagos srities. sugeria saulės elementas.
Įprastoje TPV sistemoje dauguma įkaitintoje medžiagoje susidarančių fotonų atsispindi atgal į medžiagą, kai pasiekia jos paviršių; tai tas pats reiškinys, kuris sulaiko šviesą šviesolaidiniuose kabeliuose. Kai saulės elementas ir šildoma medžiaga suartinami taip, kad tarpas tarp jų būtų trumpesnis už skleidžiamos šviesos bangos ilgį, paviršius nebeatspindi šviesos atgal. Fotonai keliauja iš vienos medžiagos į kitą taip, lyg tarp jų nebūtų tarpo. Mažas atstumas taip pat leidžia elektronams vienoje tarpo pusėje perduoti energiją elektronams kitoje pusėje. (Vakuumas tarp šildomos medžiagos ir saulės elemento palaiko temperatūrų skirtumą tarp dviejų, reikalingų aukštam efektyvumui pasiekti.) Kadangi šildoma medžiaga išskiria daugiau fotonų, saulės elementas tam tikroje srityje gali generuoti 10 kartų daugiau elektros energijos. palyginti su įprasto TPV saulės elementu.
Tai leidžia sunaudoti dešimtadalį daugiau saulės elementų medžiagos, o tai žymiai sumažina išlaidas. Arba tai leidžia generuoti daugiau galios žemesnėje temperatūroje, o tai Petras Peumanas , Stanfordo universiteto elektrotechnikos profesorius, sako, kad tai vienas iš pagrindinių šio metodo privalumų. Jis sako, kad įprastinei šiluminei fotovoltikai gali prireikti 1500 °C temperatūros. Pirmieji MTPV prototipai gerai veikia esant žemesnei nei 1000 °C temperatūrai, o DiMatteo teigia, kad teoriškai ši technologija galėtų ekonomiškai gaminti elektrą net 100 °C temperatūroje. Dėl tokio didelio temperatūrų diapazono technologija gali tapti patraukli elektros energijai gaminti iš įvairių šaltinių, įskaitant automobilių išmetamąsias dujas, kuri kitu atveju būtų švaistoma.
Tačiau Peumansas teigia, kad ši technologija turi kompromisą: kadangi šildoma medžiaga ir saulės elementas yra taip arti vienas kito, tarp jų neįmanoma įdėti filtro, kuris padėtų sureguliuoti saulės elementą pasiekiančios šviesos bangos ilgį. Tai gali apriboti didžiausią sistemos efektyvumą.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje DiMatteo pirmą kartą paskelbė darbą apie MTPV koncepciją, tačiau iki šiol reikėjo sukurti pakankamai didelius prototipus, kad būtų praktiški. Vienas iš pagrindinių iššūkių buvo rasti būdų, kaip sukurti tarpą, kurio skersmuo būtų vos dešimtoji mikrometro, tačiau jį būtų galima išlaikyti gana dideliuose plotuose, kurių reikia praktiniam įrenginiui. „DiMatteo“ teigia, kad bendrovė pagerins įrenginių našumą, nes atotrūkis nuolat mažės, o tai, kaip teigia kompiuterių modeliai, pagerins efektyvumą.