Новый способ повысить эффективность солнечных панелей

Новый способ повысить эффективность солнечных панелей

Новаторский подход к солнечной энергетике может повысить эффективность гелиоустановок

Чтобы получить электричество из солнечного света, необходимо преобразовать его с помощью фотогальванических элементов. Также можно использовать солнечное тепло для подогрева воды, пар от которой приводит в действие турбины. Обе технологии активно используются в энергетике уже довольно долгое время.

Однако существует и третий путь – прямое использование тепла без помощи пара и турбин. В таком случае практически вся падающая солнечная энергия может быть эффективно преобразована – в отличие от традиционных солнечных панелей, которые чувствительны лишь к определенным световым частотам. При этом технология не требует применения сложных механических процессов, как это происходит при кипячении воды. Будучиустановленной, такаясистематребуетминимумачеловеческоговмешательства.

К сожалению, устройства, которые преобразуют солнечный свет в тепло, а потом электричество, нагреваются не сильнее, чем вода, когда попадают под прямые, несконцентрированные солнечные лучи, что объясняется законами термодинамики, согласно которым при высоких температурах концентраторы отдают тепло так же быстро, как и аккумулируют его. Это представляет собой проблему, поскольку для достижения необходимого уровня производительности устройства прямого преобразования должны достигать температуры в 700°C, что невозможно без использования дорогих параболических зеркал для концентрации падающего света.

Питер Бермел из Массачусетского технологического института утверждает, что он и его коллеги нашли способ решить эту проблему. Как говорится в научном журнале «NanoscaleResearchLetters», ученые изобрели технологию концентрации солнечной энергии, не требующую использования параболических зеркал.

«Солнечная ловушка», предложенная Бермелом, представляет собой тонкий пласт вольфрама (жаростойкого металла), обработанного особым образом. Поверхность листа, повернутая к солнцу, покрыта микроскопическими отверстиями. Обратная сторона обращена к солнечному элементу, произведенному из арсенида индия-галлия, и прилегает к фотонному кристаллу, который заставляет пластину испускать инфракрасные лучи с частотой, наиболее подходящей для максимального поглощения. Обе поверхности производятся с помощью фотолитографии – технологии, используемой при создании компьютерных микросхем.

Отверстия диаметром три четверти микрона и глубиной три микрона расположены на поверхности на расстоянии четырех пятых микрона. Именно они поглощают солнечный свет. Когда устройство расположено таким образом, что отверстия направлены прямо в сторону солнца, большая часть падающего излучения попадает на их дно и поглощается вольфрамом. Согласно принципу термодинамики, полученные объемы энергии быстро излучаются повторно.

Тепловое излучение, поступающее изнутри, может столкнуться со стенками отверстия, прежде чем высвободиться наружу. В таком случае процесс поглощения и переизлучения начинается заново, и температура вольфрамовой пластины существенно повышается.

Для преобразования тепла в электроэнергию, оно направляется в солнечный элемент с помощью фотонного кристалла – правильной геометрической фигуры, выгравированной на поверхности вольфрамовой пластины, которая усиливает инфракрасное излучение на одних частотах и подавляет на других.

Главная задача состоит в модификации элементов кристалла таким образом, чтобы как можно больше энергии излучалось с частотой, максимально подходящей для поглощения арсенидом индия-галлия. Процесс аккумулирования энергии высвобождает электроны внутри материала и создает ток.

Результатом проведенных экспериментов, по планам Бермела, должно стать создание системы, которая будет преобразовывать 37% солнечного света в электроэнергию. Для сравнения: стандартные солнечные панели на кремниевой основе, не концентрирующие падающий свет, достигают показателей в 28%, а при использовании параболических зеркал – 31%. Дело за малым – применить полученные знания на практике, однако Бремел вполне уверен, что его расчеты верны.

Вольфрам широко использовался в нитях ламп накаливания, которые уже выходят из употребления, поскольку преобразуют значительную часть электричества не в свет, а тепло. Ирония заключается в том, что обратный процесс может возродить вольфрам к новой жизни и решить глобальную проблему нехватки возобновляемой энергии.

TheEconomist, перевод с английского – Наталья Пристром

http://www.economist.com/node/21542157

  • Дата публикации: 04.01.2012
  • 331

Чтобы оставить комментарий или выставить рейтинг, нужно Войти или Зарегистрироваться