Przełom w pozyskiwaniu energii elektrycznej z ciepła

Przełom w pozyskiwaniu energii elektrycznej z ciepła Uniwersytet Michigan

Nowy konwerter ciepła na energię elektryczną osiągnął rekordową sprawność 44%. Dla porównania – przeciętna turbina parowa osiąga około 35%.

Pierwszy argument, który podnosi każdy sceptyk energii odnawialnej, brzmi z reguły: "ale co się dzieje w nocy lub gdy nie wieje wiatr?". Rozwiązaniem są tu systemy magazynowania, które pozwalają zaoszczędzić energię m.in. na pochmurne i deszczowe dni. W kategorii tej znajdziemy zarówno klasyczne rozwiązania, takie jak baterie litowo-jonowe, jak i bardziej eksperymentalne projekty, takie jak systemy żelazo-powietrze, woda w soli, baterie przepływowe lub różne systemy oparte na grawitacji.

Jednym z najbardziej obiecujących sposobów jest magazynowanie energii w postaci ciepła. Przy czym samo medium może być różnorodne – piasek, stopiona sól, popiół wulkaniczny, bloki węglowe, gliniane cegły i wiele innych. Największą bolączką projektów, które ujrzały już światło dzienne, jest niestety wciąż odzyskanie energii z ciepła i przekształcenie jej w energię elektryczną.

W tym miejscu pojawia się projekt nowego systemu. Opracowane przez naukowców z Uniwersytetu Michigan urządzenie działa na zasadzie termofotowoltaiki. Jest to rozwiązanie podobne do ogniw słonecznych, które generują energię elektryczną ze światła słonecznego. Termofotowoltaika dodaje do tego systemu ciepło. W praktyce oznacza to, że pochłaniają one fotony z podczerwonej części widma, a nie fotony światła widzialnego o wyższej energii, które wychwytują ogniwa słoneczne.

Nowe ogniwo termofotowoltaiczne zostało przetestowane z węglikiem krzemu, jako materiałem magazynującym ciepło, choć można go zastąpić dowolnym innym materiałem. Jest on otoczony materiałem półprzewodnikowym wykonanym z indu, galu i arsenu, starannie zaprojektowanym w celu wychwytywania najszerszego zakresu fotonów, w szczególności tych wytwarzanych przez podgrzewany materiał.

Gdy zespół podgrzał materiał do temperatury 1435°C, zaczął on emitować fotony termiczne o różnych poziomach energii, z których 20-30% mogło zostać wychwyconych przez półprzewodnik. Aby wykorzystać niektóre z tych o wyższej lub niższej energii, ogniwo zawiera cienką warstwę powietrza za półprzewodnikiem, a następnie złotą warstwę odblaskową. Powoduje to odbicie niektórych fotonów z powrotem do półprzewodnika w celu przekształcenia ich w energię elektryczną, podczas gdy inne odbijają się z powrotem do materiału magazynującego ciepło, dając im kolejną szansę na emisję jako odpowiedni rodzaj fotonu.

Schemat nowego ogniwa termofotowoltaicznego wraz z wykresem jego wydajności w porównaniu z innymi tego typu ogniwami

Konstrukcja ta zapewnia całkowitą sprawność konwersji energii na poziomie 44%. To czyni ją znacznie bardziej wydajną niż inne działające w tej samej temperaturze, które osiągają 37%. Inne konstrukcje przekroczyły już 40%, ale działają w znacznie wyższych temperaturach, które mogą być trudniejsze do osiągnięcia w wielu sytuacjach.

Pomysł polega na tym, że materiał magazynujący można podgrzać za pomocą energii elektrycznej generowanej przez farmę wiatrową lub słoneczną lub bezpośrednio pochłaniając nadmiar ciepła z procesów przemysłowych lub systemów energii słonecznej. Rozwiązanie to może mieć tylko połowę wydajności akumulatorów litowo-jonowych, ale jednocześnie jest znacznie bezpieczniejsze i tańsze w produkcji i eksploatacji. Według twórców tego projektu, jest jeszcze potencjał na dalszy rozwój tego systemu.

Źródło: Uniwersytet Michigan

O Autorze

Czasopismo elektrotechnik AUTOMATYK jest pismem skierowanym do osób zainteresowanych tematyką z zakresu elektrotechniki oraz automatyki przemysłowej. Redakcja online czasopisma porusza na stronie internetowej tematy związane z tymi obszarami – publikuje artykuły techniczne, nowości produktowe, a także inne ciekawe informacje mniej lub bardziej nawiązujące do wspomnianych obszarów.

Tagi artykułu

elektrotechnik AUTOMATYK 10-11-12/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę