Когда солнце садится, солнечная энергия перестает вырабатываться. Но ситуация может начать меняться...
Солнечные панели переживают бум, все больше и больше крыш покрываются ими. Но у этих панелей есть существенный недостаток: они способны вырабатывать энергию только днем. Но надежда есть: исследователи показали, что солнечную энергию можно вырабатывать и ночью. Не от солнечного света, а от солнечного тепла, излучаемого Землей.
Тепло
"Все теплые тела излучают инфракрасный свет", - объясняет исследователь Нед Экинс. Если направить на человека тепловизор, можно увидеть, как он светится, потому что его тело теплее, чем окружающее пространство". Аналогичным образом Земля излучает всю энергию, получаемую от Солнца, обратно в космос в инфракрасном диапазоне". Теперь Экинс и его коллеги используют эту энергию для выработки электричества.
Диод
Для этого они используют так называемый терморадиационный диод, состоящий из материалов, которые также можно найти в приборах ночного видения. "Терморадиационный диод - это полупроводниковое устройство, которое может передавать часть этой лучистой энергии. Подобно тому, как солнечный элемент перехватывает поток энергии от солнца к земле, терморадиационный диод перехватывает поток энергии от земли, излучаемой в космос". Этот поток энергии поступает косвенно от солнца, подчеркивает Экинс, солнечный свет ранее достигал и нагревал землю, а затем это тепло передавалось землей обратно в космос в виде инфракрасного излучения.
И вот с помощью диода часть этого инфракрасного света может быть поглощена и затем преобразована в электричество. "Подобно тому, как солнечный элемент может вырабатывать электричество, поглощая солнечный свет, испускаемый очень жарким солнцем, терморадиационный диод вырабатывает электричество, отдавая инфракрасный свет в более холодную среду", - объясняет исследователь Фиби Пирс. "В обоих случаях разница температур - это то, что позволяет нам вырабатывать электроэнергию".
Разница температур
"Таким образом, устройство вырабатывает электричество, излучая свет", - добавляет Экинс. "Здесь важно отметить, что мы всегда можем вырабатывать электроэнергию, если есть разница температур. Эта разница температур существует между Солнцем (очень горячим) и Землей (горячей), а также между Землей (горячей) и космосом (очень холодным). В случае с солнечными батареями у нас есть горячее солнце и холодная солнечная батарея. Но тот же эффект можно использовать - с помощью других материалов - для выработки энергии, когда источник отдает тепло в холодную среду".
КПД пока не высок
Однако количество электроэнергии, вырабатываемой с помощью терморадиационного диода, пока не приближается к производительности традиционных солнечных батарей. Действительно, на данном этапе количество энергии, которое исследователи могут генерировать с помощью терморадиационного диода, в 100 000 раз меньше, чем у солнечной батареи. Однако Экинс считает, что урожайность еще можно значительно увеличить. "Прямо сейчас мы можем генерировать очень небольшое количество электроэнергии с помощью нашего терморадиационного диода", - утверждает Экинс. "Одна из трудностей нашего исследования заключалась даже в обнаружении этого генерируемого электричества. Но теория диктует, что со временем можно будет обеспечить примерно десятую часть энергии, вырабатываемой солнечными батареями".
Комбинация с панелями
При такой ограниченной мощности терморадиационные диоды далеко не всегда могут составить конкуренцию традиционным солнечным батареям. Однако их можно использовать в дополнение к солнечным батареям. "В конечном итоге эти технологии могут быть объединены, и терморадиационный элемент будет располагаться за солнечным элементом. А для домашнего хозяйства терморадиационное устройство должно быть способно генерировать в темноте достаточно энергии для питания приборов, которые работают и ночью, например, таких как роутер для Wi-Fi и т.д.".
Тепло тела
Но есть и другие возможности. Например, аналогичным образом тепло нашего тела также может стать источником энергии. "Везде, где есть разница температур, мы можем генерировать терморадиационную энергию", - утверждает Экинс. "Если вы сделаете мое тепловое изображение, я буду ярко светиться в инфракрасном свете, потому что моя температура составляет около 37 градусов Цельсия, а окружающая меня среда - 20 градусов Цельсия". И эта разница температур может быть использована, например, для питания смарт-часов. "Если мы увеличим наш нынешний терморадиационный диод до размеров часов, он уже сможет генерировать достаточно энергии на основе тепла тела для питания таких часов. И кто знает, может быть, в будущем мы также сможем разработать полупроводники, которые можно будет интегрировать в одежду. В этом случае можно было бы вырабатывать энергию из инфракрасного излучения, испускаемого нашей одеждой".
Незавершенное производство
На данный момент это музыка будущего. На самом деле, еще предстоит проделать определенную работу, чтобы перейти от терморадиационного диода, который исследователи разработали в рамках доказательства концепции, к гораздо более эффективным устройствам, способным использовать ночную солнечную энергию в гораздо больших масштабах. Тем не менее, Экинс и его коллеги с осторожным оптимизмом смотрят на то, что эта технология изменит ситуацию в будущем. "Терморадиационный диод может помочь, обеспечивая энергией, когда солнце уже село", - утверждает Экинс.
Однако ключевая роль в этом в будущем отводится бизнесу. Как только технология достигнет стадии, когда компании смогут зарабатывать деньги на продаже продукта, мы ожидаем, что промышленность подхватит идею и начнет помогать в расширении масштабов и снижении затрат". И тогда все может развиваться быстро. "Если промышленность увидит в этом ценность, мы сможем начать добиваться прогресса очень быстро".
