Новая термостойкая солнечная панель с КПД 80%

-->

Ученые из Стэнфордского университета, Университета Иллинойса-Урбана Шампейн и Университета штата Северная Каролина создали термостойкий термоэмиттер, способный существенно повысить эффективность солнечных панелей – теоретически до 80%.

Новый компонент солнечной ячейки предназначен для преобразования солнечного тепла в инфракрасное излучение, которое поглощается солнечной ячейкой и повышает ее мощность.

Обычный солнечный элемент имеет в основе полупроводниковый кремний, который поглощает энергию солнечного света и преобразует ее в электрическую. Но кремниевые полупроводники перерабатывают только инфракрасный свет, а другие волны, в том числе большая часть видимого спектра, тратятся впустую: рассеиваются в виде тепла. Поэтому в теории обычные кремниевые панели могут достигать эффективности около 34%, но на практике не достигают и этого, поскольку просто отражают и рассеивают энергию солнечного света.

Новая термофотоэлектрическая панель решает эту проблему. Вместо передачи солнечного света непосредственно на солнечный элемент, термофотоэлектрическая ячейка имеет промежуточный компонент, который состоит из двух частей: абсорбер (нагревается при воздействии солнечного света) и эмиттер (преобразует тепло в ИК-излучение). Проще говоря, новая ячейка «перекодирует» солнечный свет в излучение с более короткими длинами волн, которые идеально подходят для поглощения солнечной ячейкой. Это позволяет повысить теоретическую эффективность ячейки до 80%.

К сожалению, до сих пор прототипу термофотоэлектрической солнечной панели было далеко до такой эффективности: в лаборатории она демонстрирует эффективность около 8%. Низкая производительность в значительной степени связана с недостаточной термостойкостью преобразователя тепла. Эмиттер представляет собой сложную, трехмерную вольфрамовую наноструктуру, которая должна работать при температуре выше 1000 градусов по Цельсию. Однако, в предыдущих экспериментах при данной температуре эмиттер разрушался.

131016100422.jpg На данной микрофотографии эмиттера из нанослоя вольфрама видно, как при температуре 1200 градусов Цельсия в течение часа деградирует чистый слой влольфрама (вверху) и как сохраняет свои свойства слой, защищенный керамическим покрытием (внизу)

Для решения этой проблемы ученые покрыли эмиттер нанослоем вольфрама и керамическим материалом – диоксидом гафния. В отличие от предыдущих прототипов, которые полностью разрушались при температуре ниже 1200 градусов по Цельсию, новый термоэмиттер по меньшей мере 1 час остается стабильным при температуре до 1400 градусов по Цельсию.

Новый термоэмиттер идеально подходит для создания высокоэффективных солнечных панелей, способных перерабатывать в электроэнергию значительную часть поглощенного солнечного света. При этом гафний и вольфрам можно производить в количествах, достаточных для массового выпуска новых солнечных панелей, с эффективностью в минимум 2 раза большей, чем у современных коммерческих солнечных панелей.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 4.9 (16 votes)
Источник(и):

С-news RD



OSV аватар

В статье очень много ошибок и путаницы. Достижимый на кремниевых фотоэлементах КПД завышен в разы. Дело не только, а вернее столько в отражении и рассеянии света кремнием: 30% и 3 процента, соответственно, сколько в его неэффективном поглощении в кремнии: ближняя ИК-область солнечного спектра поглощается образуя с большой эффективностью в электрон-дырочные пары, которые растягиваются p-n переходом и дают электрический ток, а видимый свет как раз и уходит в нагрев кремния. Преобразовать видимую область спектра в ИК можно (правда написано с ошибкой – не в более короткие, а в более длинные волны), но если преобразовывать просто через нагрев эмиттера – то это очень не эффективно (это будет тепловая машина с низким КПД из-за цикла Карно и ещё умноженным на те же коэффициенты отражения/излучения, которые меньше единицы). К тому же, как можно солнышком нагреть до температуры выше 1000 градусов – только с концентратором. И вообще это очень старая идея под которую делают новый поглотитель – ИК-излучатель с использованием нано-технологии. Но сам кремний является практически идеальным материалом для такого преобразования света, но теоретически достижимое при этом КПД ниже чем у просто кремниего и горазда ниже чем у гетероструктурного фотоэлемента.

В общем, о Стэнфорде я был более высокого мнения.

Другое дело если выделяемое за счёт видимого света тепло в кремнии (без всяких концентраций и сверхнагревов) грамотно использовать как описано в статьях «Размерные эффекты и нано» и «Идеи – двигатель прогресса» на rusnor.org. Повышение КПД фотоэлементов (в виде добавки к исходному КПД фотопреобразования) за счёт локальных термоэлектрических эффектов (за счёт нано-термо-ЭДС) – это реальное и вполне уже сейчас достижимое решение (как и прочие, описанные в статьях), но решения, к сожалению пока не востребованные никем в России (см. там же «Бывали хуже времена, но не было глупее»).

Станислав Ордин.