|
Новый подход к сбору солнечной энергии, разработан исследователями MIT, может улучшить эффективность с помощью солнечного света, чтобы нагреть высокотемпературный материал, в котором инфракрасное излучение будет собрано с помощью обычного фотогальванического элемента. Этот метод облегчит хранение энергию для последующего использования, говорят исследователи.
В этом случае, добавив дополнительный шаг повышается производительность, так как он дает возможность воспользоваться разными длинами волн света, которые обычно не используются. Процесс описан в статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology , написанной аспирант Андрей Ленерт, доцент машиностроения Эвелин Ван, и другими авторами.
Обычный кремниевый элемента "не использует все фотоны", объясняет Ван. Это потому, что преобразования энергии фотона в электричество требует, чтобы уровень энергии фотона совпадают с данными, характерной для фотоэлектрических (PV) материала под названием запрещенной зоны. Запрещенная зона у кремния реагирует со многих длинах волн света, но и упускает многие.
Для решения этого ограничение, команда вставляет двухслойный поглотитель-эмиттер устройство - из новых материалов, включая углеродные нанотрубки и фотонных кристаллов - между солнечным светом и солнечными элементами. Этот промежуточный материал собирает энергию из широкого спектра солнечного света, нагреваясь в процессе.
Когда он нагревается, как железо, которое светится, он излучает свет определенной длины волны, который в данном случае настроен в соответствии с шириной запрещенной зоны солнечного элемента, который установлен рядом.
Это основная концепция была изучена в течение нескольких лет, так как в теории такие солнечные термофотоэлектрические (STPV) системы могут обеспечить способ обойти теоретический предел на эффективность преобразования энергии полупроводниковых основе фотоэлектрических устройств. Этот предел, называется пределом Шокли-Квейссера, который гласит что максимальная эффективность не может быть больше 33,7 % , но Ван говорит, что с системами TPV, "эффективность будет значительно выше -. Она может быть более 80 процентов"
Много практических препятствий для реализации этого потенциала; и предыдущие эксперименты не смогли произвести STPV устройство с эффективностью больше чем на 1 процент. Но Ленерт, Ван, и их команда уже дали первоначальный тест устройства с измеряемой эффективности 3,2 процента, и они говорят, с дальнейшей работе они ожидают, чтобы иметь возможность достичь 20 процентов эффективности - что достаточно для коммерчески жизнеспособного продукта .
Конструкция двухслойной поглотитель-эмиттер материала является ключом к этому улучшению. Ее внешний слой, с видом на солнечный свет, представляет собой массив из многослойных углеродных нанотрубок, которые очень эффективно поглощает энергию светового сигнала и превращает его в тепло. Этот слой связан плотно к слою фотонного кристалла, который точно инженерии таким образом, что, когда он нагревается прилагаемой слоем нанотрубок, она "светится" с учетом пиковой интенсивности которого в основном выше запрещенной зоны смежного PV, обеспечение что большая часть энергии, собранной в абсорбер затем превратить в электроэнергию.
В своих экспериментах исследователи использовали имитацию солнечного света, и обнаружил, что его максимальная эффективность пришел, когда его интенсивность была эквивалентна фокусирующей системы, которая концентрирует солнечный свет с коэффициентом 750. Этот свет нагрел абсорбера-излучатель до температуры 962 градусов по Цельсию.
Этот уровень концентрации уже значительно ниже, чем в предыдущие попытки систем STPV, которые концентрированного солнечного излучения на коэффициент нескольких тысяч. Но исследователи MIT сказать, что после дальнейшей оптимизации, он будет повышен, что сделает системы проще в эксплуатации.
Такая система, команда говорит, сочетает в себе преимущества солнечных фотоэлектрических систем, которые превращаются солнечного света в электрическую и солнечных тепловых систем, которые могут иметь преимущество за несвоевременную использования, потому что тепло может быть более легко хранить, чем электричество.
Новые солнечные термофотоэлектрические системы, говорят они, смогут обеспечить эффективность из-за их широкополосного поглощения солнечного света; масштабируемость и компактность, так как они основаны на существующей технологии чипа-производственная и простота хранения энергии, потому что они зависят от тепла.
Некоторые из путей дальнейшего совершенствования системы довольно проста. Так как промежуточный этап системы, поглощающей-излучателя, зависит от высоких температур, его размер имеет решающее значение: чем больше объект, тем меньше площадь поверхности она имеет по отношению к его объему, так теплопотери быстро снижаться с увеличением размера. Начальные испытания были сделаны на чипе 1-сантиметрового, но последующие тесты будут сделаны с чипом 10-сантиметрового, говорят они.
|
