Новые солнечные панели превращают тепло в свет
Команда исследователей из Массачусетского технологического университета в первый раз показала устройство на базе способа, что разрешает солнечной панели пробиться через предсказанный теоретический потолок того, сколько солнечного света они смогут преобразовать в электричество.
Полученные результаты представлены в издании Nature Energy, в работе докторанта университета Дэвида Бирмана (David Bierman), доктора наук Эвелин Ван (Evelyn Wang), Марин Солжачик (Marin Soljacic), и ещё четверых ученых.
Тогда как все изучения классических фотоэлементов сталкиваются с теми же главными теоретическими ограничениями, Бирман говорит, «с солнечными термофотоэлектрическими элементами у вас имеется возможность преодолеть их».
По факту, теория предвещает, что в принципе данный способ, что включает в себя спаривание простых солнечных элементов с дополнительными слоями высокотехнологичных материалов, имел возможность бы, как минимум, удвоить теоретический предел эффективности, что возможно делает вероятным приобретать вдвое больше мощности от такой же площади панелей.
Фундаментальный принцип несложен: вместо того, дабы рассеивать негодную солнечную энергию в виде тепла в солнечной ячейке, целый свет и тепло сперва поглощаются промежуточным компонентом, нагревая его до той температуры, которая разрешила бы компоненту испускать тепловое излучение. Настраивая материалы и конфигурацию этих добавленных слоев, возможно осуществлять контроль выделение тепла в форме света с нужной длиной волн, каковые будут улавливаться солнечными панелями. Это повышает эффективность и сокращает тепло, генерируемое в солнечном элементе.
Главный момент содержится в применении высокотехнологичных материалов, именуемых нанофотонные кристаллы, каковые смогут быть произведены для излучения совершенно верно определенной длины волн света, при нагревании. В произведенном тесте нанофотонноные кристаллы объединены в совокупность с вертикально ориентированными углеродными нанотрубками, и действующий при большой температуре 1000 градусов по шкале Цельсия. По окончании нагрева нанофотонные кристаллы излучают свет с узкой полосой спектра определённой длины волны, которая совершенно верно соответствует диапазону, что фотоэлемент может уловить и преобразовать в электрический ток.
«Углеродные нанотрубки фактически совершенный поглотитель по всему цветовому диапазону», — говорит Бирман, — «что разрешает ему охватить целый солнечный спектр. Вся энергия фотонов преобразуется в тепло». После этого, тепло повторно излучается в виде света, но, благодаря нанофотонной структуре, преобразуется в лишь цвета, каковые соответствуют большой эффективности фотоэлектрической ячейки.
В ходе работы данный подход будет применять простую солнечно-концентрирующую совокупность, с линзами либо зеркалами, фокусирующими солнечный свет, дабы поддерживать большую температуру. Дополнительный компонент, улучшенный оптический фильтр, пропускает все желаемые длины волн света в фотоэлектрические ячейки, отражая обратно каждые нежелательные длины волн, поскольку кроме того данный улучшенный материал не есть идеальным в плане ограничения излучения. Отраженные волны после этого повторно улавливаются, помогая поддерживать большую температуру фотонного кристалла.
Бирман говорит, что такая совокупность может предложить множество преимуществ если сравнивать с простыми фотоэлектрическими панелями, будь то на базе кремния или других материалов. С одной стороны, тот факт, что фотонное устройство создаёт выбросы на базе тепла, а не света свидетельствует, что на него не будут воздействовать краткие трансформации в окружающей среде, такие как облака, закрывающие солнце. В действительности, при условии сочетания с совокупностью хранения тепла, она, в принципе, может обеспечить применение солнечной энергии на круглосуточной базе. «Для меня самым громадным преимуществом есть возможность получения постоянной мощности по требованию», говорит он.
Помимо этого, благодаря методу, благодаря которому совокупность применяет энергию, которая в другом случае, будет израсходована впустую в виде тепла, она может уменьшить чрезмерное выделение тепла, способную привести к повреждению некоторых элементов солнечной концентрирующей совокупности.
Следующий ход включает в себя поиск способов сделать громадные предположения мелкого прототипа экспериментальной установки лабораторного масштаба, и разработку способов изготовления таких совокупностей на рентабельной базе.
Facepla.net по данным: news.mit.edu
