339
0,1
2016-09-20
Новые солнечные панели превращают тепло в свет
Команда исследователей из Массачусетского технологического института впервые продемонстрировала устройство на основе метода, который позволяет солнечной панелипробиться 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.
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: facepla.net/the-news/energy-news-mnu/5476-%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82-%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F.html
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.
P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! ©
Источник: facepla.net/the-news/energy-news-mnu/5476-%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82-%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F.html
