Термофотоэлектрический элемент (TPV) - новая разработка инженеров из Массачусетского технологического института, в некоторой степени похожая на ячейки слонечной панели, способный улавливать фотоны высокой энергии от раскаленного источника тепла.
Это устройство предназначено для высоких температур: дизайн команды размером 1х1см может извлекать электроэнергию из источника тепла с температурой от 1900 до 2400 градусов по Цельсию.
Более 90% тепла в мире добывается из угля, природного газа, тяжелых распадающихся элементов. Такая энергия по стандарту переводится в электричество посредством использования турбины, которая крутит ось электрогенератора. В среднем турбина преобразует 35% тепла в электричество, но механизм зависит от движущихся частей, нагрев которых ограничен. Источники тепла с температурой выше 2000 градусов по Цельсию были бы слишком горячими для турбин.
Ячейки TPV являются твердотельными преобразователями, то есть стоят на месте и надежно производят электроэнергию.
«Одним из преимуществ твердотельных преобразователей энергии является то, что они могут работать при более высоких температурах с меньшими затратами на техническое обслуживание, поскольку в них нет движущихся частей.»
Термофотоэлектрические элементы проложили один из путей исследования твердотельных тепловых двигателей. Подобно солнечным элементам, элементы TPV могут быть изготовлены из полупроводниковых материалов с определенной шириной препятствующей зоны - зазором между валентной зоной материала и его зоной проводимости. Если фотон с достаточно высокой энергией поглощается материалом, он может вытолкнуть электрон через такую зону, где электрон затем может быть проведен, и, таким образом, прибор может генерировать электричество, делая это без движения роторов или лопастей, причем фотоны, прошедшие насквозь, отражаются зеркалом обратно. На сегодняшний день рекорд эффективности составляет 40%.
С новой ячейкой TPV команда успешно продемонстрировала основные части системы в отдельных небольших экспериментах. Они работают над интеграцией частей, чтобы продемонстрировать полностью работающую систему. Затем они надеются масштабировать ее, чтобы заменить электростанции, работающие на ископаемом топливе, и создать полностью обезуглероженную энергосистему, снабжаемую возобновляемой энергией.
Таким образом, планируется включить элемент TPV в тепловую батарею сетевого масштаба. TPV должны будут масштабироваться примерно до 10 000 квадратных футов (около четверти футбольного поля) и будут работать в специальных объектах с климат-контролем. Система будет поглощать избыточную энергию из возобновляемых источников, таких как солнце, и хранить эту энергию в сильно изолированных банках с горячим графитом. Когда необходима энергия, например, в пасмурные дни, элементы TPV будут преобразовывать тепло в электричество и передавать энергию в электросеть.
#наука #новости #технологии #электротехника #экология