Редактор «Гиктаймс»
770,5
рейтинг
26 января 2014 в 20:29

Увеличение КПД солнечных панелей с помощью нагревательного элемента

Исследователи из Массачусетского технологического института придумали способ, как повысить КПД обычных солнечных панелей. Они предлагают внедрить промежуточный нагревательный элемент между потоком солнечного излучения и поверхностью панелей. Идея в том, что при нагревании этот элемент будет излучать в спектре, который лучше подходит для поглощения стандартными кремниевыми элементами.


Нанофотонный солнечный термофотоэлектрический элемент, составленный из нескольких слоёв углеродных нанотрубок в качестве поглотителя и фотонного кристалла Si/SiO2 в качестве излучателя, а также солнечной фотоячейки на 0,55 eV

Вопреки логике, здесь добавление дополнительного этапа преобразования на самом деле повышает КПД, поскольку позволяет получить энергию от фотонов на частотах, которые обычно уходят впустую.

Обычные солнечные панели преобразуют в электричество энергию только тех фотонов, которые соответствуют определённым рамкам по нижней и верхней границам диапазона. Кремниевая микросхема чувствительна к широкому спектру, но при этом многие фотоны проходят мимо неё. Добавление поглотителя из углеродных нанотрубок позволяет решить эту проблему. Данный слой чувствителен к большему диапазону частот и при бомбардировке фотонами нагревается до 962°C. При нагревании он излучает фотоны строго определённой энергии, которые отлично поглощаются фотоячейкой и преобразуются в электричество.

Подобную технологию предсказывали теоретики несколько лет назад, и вот теперь её удалось реализовать на практике. Говорили, что термоэлементы позволят преодолеть теоретический лимит эффективности преобразования солнечной энергии для кремниевых микросхем, установленный на уровне 33,7% (предел Шокли-Квиссера). В данном случае КПД теоретически может достигать 80%.

Впрочем, на практике учёным пока далеко до теоретически максимального предела. Прежние эксперименты не могли продемонстрировать КПД выше 1%, но в Массачусетском технологическом институте зафиксировали эффективность преобразования на уровне 3,2%, а авторы научной работы уверены, что в ближайшее время смогут повысить его до 20%. По их словам, этого достаточно для выпуска коммерческого продукта.



Научная работа с описанием термофотоэлектрического элемента опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Анатолий Ализар @alizar
карма
682,6
рейтинг 770,5
Редактор «Гиктаймс»
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (15)

  • +3
    Ну, скорее нагревание тут побочный эффект. Главное, то, что они смогли сделать годное вторичное переизлучение.

    Название же наталкивает на мысль о том, что приделав кипятильник к своей солнечной батарее вы повысите ее КПД.

    p.s. Но за новость спасибо. Интересно когда можно будет запитать свой дом сугубо от солнца.
    • 0
      Таким подходом ведь и дом отапливать можно?
      • +1
        При наличии солнца, дом логичней и дешевле отапливать напрямую солнечным коллектором.
        ru.wikipedia.org/wiki/Солнечный_коллектор
        Благо стоимость такого отопления близка к стоимости самих труб и в ряде случаев не требует управления и электричества.

    • 0
      Название же наталкивает на мысль о том, что приделав кипятильник к своей солнечной батарее вы повысите ее КПД.

      Наоборот. Эффективность самих фотоэлектрических элементов падает при их нагреве.
  • +2
    962°C — может фотоэлементы пора в тепловых электростанциях применять? ;-)
  • +5
    Нанофотонный солнечный термофотоэлектрический элемент

    Это мне сразу Сколково напомнило и прочие Роснано. «Только у нас смогли изобрести нанофотоны!»
  • +1
    Нагретая пластина из нанотрубок излучает в обе стороны, как на кремний, так и обратно.
    Как можно говорить здесь о 80% КПД? Будь она хоть идеально черным телом, все равно КПД теплового переизлучения меньше 50%.

    А вот если ученые научат пластину переизлучать в одном направлении — то имя ей не иначе Демон Максвелла. Энтропия испугалась и забилась в угол...))
    • +1
      А про просветляющие покрытия слышали? Это бутерброд из тонких плёнок, обеспечивающих пропускание и отражение фотонов. Правильно рассчитав и собрав такой бутерброд, можно 99.9999% фотонов направить в нужном направлении.
      Такие технологии не новы и давно используются в лазерах.
      • +2
        Тут нужен лист, который пропускает излучение, если оно с одной стороны, и отражает излучение, если оно с другой стороны. А теперь проводим мысленный эксперимент. Берём 2 абсолютно чёрных одинаковых тела в вакууме. Представим, что они внутри сферы, не выпускающей излучение наружу. А теперь поместим между ними этот волшебный лист. Одно тело будет получать излучения больше, чем отдавать обратно. Т.е. в замкнутой системе будет расти разность температур, что противоречит термодинамике.
        • 0
          Вы не правы хотя бы в том, что такие пленки «работают» только в узком диапазоне частот. Вы не сможете собрать такой бутерброд, чтобы все излучение шло в одну сторону, ибо это нарушит законы термодинамики.
          А искусство расчета таких плёнок в том, чтобы собрать бутерброд так, что конкретная частота будет отражаться с 0.9999 и выше. Кстати, не забывайте, что кроме отражения и пропускания есть ещё и поглощение.
        • +3
          Если я правильно понял идею, здесь два отдельных слоя — поглощение широкого спектра солнца и излучатель на частоте «удобной» для PV.
          Остальное мои домыслы: излучатель работает в обе стороны, но с одной стороны он снова поглощается и нагревает поглощающий слой.
          Сам поглощающий слой также излучает в обе стороны, но при температуре ~1000К длина волны заметно больше излучения солнца и часть его можно отразить назад выборочным низкочастотным зеркалом не потеряв особо заметную часть солнечного спектра.
          • 0
            А вот это уже по делу! Мой Вам искренний плюс!
    • 0
      По крайней мере известно еще две технологии пропускания излучения через поверхность в одну сторону с «условным замком» в обратную строну.
      Не считая упомянутой icoz технологии нанесения тонких пленок рассчитанных на узкий спектр, есть принцип действующий в широком диапазоне длин волн. Основан на эффекте «полного внутреннего отражения» (TIR). Применяется в «люминесцентных солнечных концентраторах» planarsun.com/load/ljuminescentnye_koncentratory_montazh_fehp/1-1-0-6. Необходимым условием (как правило в природе так и есть) является требование переизлучения в максимально широком пространственном углов (например 4Pi стерадиан). Второй способ применяет тоже TIR, но применяет обычную геометрическую оптику habrahabr.ru/company/gtv/blog/195528/.
  • 0
    Прочитал тему. Прочитал описание. Угадал автора.
  • 0
    При росте температуры КПД солнечных элементов падает. Поэтому без цифр данный материал, мягко говоря, непонятен.
    Если и использовать описанный метод, то нельзя объединять все это в одном элементе.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.