Странната нощна слънчева клетка генерира енергия в обратен процес

Сподели

За първи път в света екип от Университета на Нов Южен Уелс (UNSW) демонстрира измеримо генериране на енергия от „обратното на конвенционална слънчева клетка“. В крайна сметка може да произведе около една десета повече енергия от слънчевия панел – но през нощта.

Слънчевите панели, както всички знаем, абсорбират енергията от слънчевата светлина и я преобразуват в електричество. За да опростят значително, те използват два различно третирани силициеви полупроводникови слоя в това, което е известно като PN преход. Слоят N е легиран с допълнителни примеси „донорни“ на електрони, P слоят е легиран с „акцепторни“ примеси – пространства, в които електроните да се поберат – и в средата има „участък на изчерпване“, където тези електрони и приемащи електрони дупките повече или по-малко се елиминират една друга, създавайки бариера, която спира всички електрони на N страната да дифундират направо към P страната.

Когато слънчевата светлина свети върху клетката, топлинната енергия от входящите фотони се абсорбира в силиция и ако електрон в областта на изчерпване получи достатъчно енергия, за да прескочи лентата между двете страни, той може да изскочи от дупката си и да бъде ускорен през към N страната, увеличавайки потенциала на напрежението между двете страни. Свързвайки двете страни заедно във външна верига, можете да пуснете електроните обратно към страната P и да извършите електрическа работа.

Всичко това означава, че топлинната енергия във фотоните, слизащи от небето, е тази, която стартира процеса. Но това не е само еднопосочен процес. Докато нашата планета се върти, слънчевата радиация загрява Земята през деня, но Земята освобождава тази енергия отново като инфрачервена светлина в прохладата на нощта. И именно този поток от инфрачервени фотони в по-студен въздух работи върху използването на една група изследователи от UNSW.

Слънчевата радиация загрява повърхността през деня, но тази енергия се излъчва обратно в студеното нощно небе като инфрачервено лъчение

UNSW

Устройството на изследователския екип се нарича терморадиативен диод и по същество работи като обратното на слънчева клетка, като приема топлинна енергия, излъчвана нагоре от Земята (или всеки друг източник на топлина) в по-студена зона и превръща потока на енергия през нея. температурна разлика в електрически потенциал. Изработен е с помощта на някои от същите материали, използвани в инфрачервените очила за нощно виждане.

„Това наистина е обратното на конвенционалната слънчева клетка по своята функционалност“, ни обясни в имейл д-р Майкъл Нилсен, преподавател и изследовател в Училището по фотоволтаично и възобновяемо енергийно инженерство на UNSW. „Но той все още използва полупроводников PN преход като ядро ​​на устройството (просто работи в обратна посока).

„Идеята, че термодинамично можем да произвеждаме енергия чрез излъчване на светлина, а не чрез поглъщане, може да бъде препъни камък за мнозина, но подобно на слънчева клетка, това, което в крайна сметка имаме тук, е топлинен двигател, с разликата, че сменяме преобразувателя на мощност от студената страна (слънчевата клетка е на Земята и поглъща фотони от Слънцето) към горещата страна (терморадиационният диод е на Земята, излъчващ фотони в студа на космоса)“.

„Където и да има поток от енергия, можем да го преобразуваме между различни форми“, уточни доцент Нед Екинс-Даукс, съавтор на Nielsen по изследването.

Четирите работни квадранта на токово напрежение за фотодиод: I е светодиод, II е терморадиативен диод, III е фотодетектор и IV е фотоволтаична клетка
Четирите работни квадранта на токово напрежение за фотодиод: I е светодиод, II е терморадиативен диод, III е фотодетектор и IV е фотоволтаична клетка

UNSW

Този вид “емисионен енергиен комбайн” беше предложен теоретично още през 2014 г., но тази нова статия, публикувана в списанието ACS Photonicsе първият път, когато подобно нещо е демонстрирано, че всъщност произвежда измеримо количество мощност.

Трябва да се отбележи, че на този етап не е много мощност. С температурна разлика от само 12,5 °C, екипът успя да измери пикова терморадиационна плътност на електрическата мощност от 2,26 mW на квадратен метър, с изчислена радиационна ефективност от 1,8 процента.

„В момента демонстрацията, която имаме с терморадиационния диод, е с относително много ниска мощност“, каза A/Prof Ekins-Daukes. „Едно от предизвикателствата всъщност беше да го открием. Но теорията казва, че е възможно тази технология в крайна сметка да произведе около 1/10 от мощността на слънчева клетка.”

Инфрачервено изображение на изследователския екип показва как топлината на човешкото тяло също може да бъде потенциална цел за събиране на енергия
Инфрачервено изображение на изследователския екип показва как топлината на човешкото тяло също може да бъде потенциална цел за събиране на енергия

UNSW

Всъщност е възможно да се използва тази технология за генериране на енергия от повече или по-малко всичко, което свети, когато го гледате през термокамера. Това може да включва събиране на енергия от промишлена отпадъчна топлина или потенциално дори създаване на бионични устройства, които се отделят от собствената топлина на тялото.

Екипът казва, че това е много ранна стъпка, предстои дълъг път по отношение на оптимизация и развитие. Надява се, че търговският свят ще се намеси, за да финансира и стимулира следващите етапи. „Мисля, че за да бъде това пробивна технология, не бива да подценяваме необходимостта индустриите да се намесят и наистина да я стимулират“, каза Екинс-Даукс. „Бих казал, че има още около десетилетие университетска изследователска работа, която трябва да се свърши тук. И тогава тя се нуждае от индустрия, за да я вземе. Ако индустрията може да види, че това е ценна технология за тях, тогава напредъкът може да бъде изключително бърз. Чудото на слънчевата енергия днес се дължи на световноизвестни изследователи като професор по Scientia Мартин Грийн от UNSW, но също и на индустриалци, които са събрали големи суми пари, за да разширят производството.

Изследването е публикувано в списанието ACS Photonics.

Източник: UNSW



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели