Сонячні батареї вловлюють і світло, і тепло подвоїмо ресурс, журнал популярна механіка
Сонце забезпечує нашу планету світлом і теплом. Людина вже давно навчився використовувати його світло для отримання електрики за допомогою сонячних батарей, але як же бути з теплом? Чи не можна якимось способом перетворити сонячне тепло в корисну енергію?
Ще з 1961 року вважалося, що є абсолютний теоретичну межу, відомий як межа Шоклі-Квайссер, який обмежує ефективність перетворення сонячної енергії елементами традиційної конструкції. Для одноcлойних сонячних осередків з кремнію, які сьогодні використовуються в переважній більшості панелей, максимальний ККД становить близько 32%. Сьогодні науці відомі способи, які дозволили б обійти цю межу і підвищити загальну ефективність перетворення. У їх числі добре вивчений метод створення багатошарових елементів, використання оптичних фільтрів. а також спосіб попереднього перетворення сонячного світла в тепло, і лише потім - в електроенергію.
Світло, що випромінюється цим пристроєм, точно відкалібрований під таку довжину хвилі, щоб сонячний елемент працював з максимальною ефективністю. Для цього використовуються спеціальні нанофотонні кристали. які можуть бути виготовлені таким чином, щоб при нагріванні випромінювати світло з точною довжиною хвилі. У звичайному випадку сонячна батарея або фотогенератора просто перетворює світло в електроенергію без проміжної ступені з нагріванням.
У дослідах, проведених в Массачусетському технологічному інституті, нанофотонні кристали були вбудовані в систему з вертикально вирівняними вуглецевими нанотрубками, де вони нагрівалися до значної температури в 1000 ° C. Нагрівшись, нанофобние кристали починають випромінювати світло у вузькому діапазоні, який в точності відповідає тому, що здатний поглинути фотогенератора для вироблення електроенергії.
Щоб довести працездатність методики, вчені провели ряд дослідів з використанням фотоелектричного елемента і термофотогенератора STPV - спочатку під прямим сонячним світлом, а потім з повним блокуванням сонця, щоб фотоелемент висвітлювався виключно за рахунок вторинного випромінювання від фотонних кристалів. Отримані результати підтвердили, що реальна продуктивність відповідає проведеними розрахунками.
Нова методика може бути використана в уже існуючих заводах концентрованої сонячної енергії, в яких системи лінз і дзеркал фокусуватимуть сонячне світло для отримання високих температур. Додатковим компонентом такої установки може стати оптичний фільтр, що пропускає світло з потрібною довжиною хвилі на сонячний елемент і відображає назад хвилі іншої довжини, які будуть знову поглинатися вуглецевими нанотрубками і підтримувати температуру фотонних кристалів.
На жаль, в найближчому майбутньому ми не побачимо на сусідньому даху сонячні панелі на основі термофотогенераторов: вчені все ще працюють над тим, як перенести цю технологію з лабораторії в реальний світ.
У цьому невеликому відероліку демонструються деякі з попередніх досягнень учених МТІ в області розробки сонячних термофотогенераторов STPV: