3Sep
Výzkumníci mají odhaleno nový termofotovoltaický (TPV) článek, který přeměňuje teplo na elektřinu s účinností přesahující 40 procent, výkonem téměř na stejné úrovni s tradičními elektrárnami s parní turbínou. Články mají potenciál být použity v mřížkových „tepelných bateriích“, které spolehlivě generují energii bez pohyblivých částí.
Termofotovoltaické články fungují tak, že dostatečně zahřejí polovodivé materiály, aby výrazně zvýšily energii fotonů. Při dostatečně vysokých energiích mohou tyto fotografie kopnout elektron přes „bandgap“ materiálu a generovat elektřinu. Dosud TPV články dosahovaly až 32procentní účinnosti, protože pracují při nižších teplotách.
Naproti tomu nový design od MIT a National Renewable Energy Laboratory (NREL) odebírá energii z rozžhavených zdrojů tepla mezi 1 900 až 2 400 stupni Celsia (3 452 až 4 352 stupňů F). K tomu používá kovové slitiny s "vysokou propustností" sedící nad slitinou s mírně nižším bandgapem.
Vrstva s vysokou bandgap zachycuje fotony s nejvyšší energií ze zdroje tepla a přeměňuje je na elektřinu, zatímco fotony s nižší energií procházejí první vrstvou a zvyšují napětí. Všechny fotony, které pohánějí dvouvrstvou rukavici, se odrážejí zrcadlem zpět ke zdroji tepla, aby se zabránilo plýtvání energií.
Toto je naprosto zásadní krok na cestě k šíření obnovitelné energie a dosažení plně dekarbonizované sítě.
Při měření účinnosti pomocí senzoru tepelného toku tým zjistil, že výkon se měnil s teplotou. Mezi 1 900 až 2 400 stupni Celsia vyráběla nová konstrukce TPV elektřinu s účinností asi 40 procent.
Parní turbíny mohou poskytovat stejnou účinnost, ale jsou mnohem komplikovanější a omezené na nižší teploty. „Jednou z výhod polovodičových konvertorů energie je, že mohou pracovat při vyšších teplotách teploty s nižšími náklady na údržbu, protože nemají žádné pohyblivé části,“ řekl profesor Asegun z MIT řekl Henry Zprávy MIT. "Jen tam sedí a spolehlivě vyrábějí elektřinu."
V tepelné baterii v mřížkovém měřítku by systém absorboval přebytečnou energii z obnovitelných zdrojů, jako je slunce, a ukládal ji do silně izolovaných bank horkého grafitu. V případě potřeby by TPV články mohly přeměnit toto teplo na elektřinu a poslat jej do elektrické sítě. Experimentální buňka měla jen centimetr čtvereční, takže tým by to musel zvýšit až na přibližně 10 000 čtverečních stop pro napájení na úrovni sítě, ale technologie na vytváření buněk v takovém měřítku již existuje, Henry poznámky.
"Termofotovoltaické články byly posledním klíčovým krokem k prokázání, že tepelné baterie jsou životaschopným konceptem," řekl. "Toto je naprosto kritický krok na cestě k šíření obnovitelné energie a dosažení plně dekarbonizované sítě."