Солнечные термоэлектрические генераторы, или СТЭГ (STEG), рассматриваются как новый способ получения электроэнергии от Солнца. В отличие от солнечных панелей, с которыми знакомо большинство людей и которые используют только прямой солнечный свет, СТЭГ могут использовать и тепло. Они работают за счет наличия горячей и холодной сторон с полупроводниковыми материалами между ними. Разница температур между двумя сторонами генерирует электричество посредством так называемого эффекта Зеебека.
Проблема заключалась в том, что СТЭГ обладают невысоким КПД. Большинство из них преобразуют менее 1 процента солнечного света в электричество, тогда как обычные солнечные панели, используемые в домах, достигают около 20 процентов. Этот разрыв препятствовал широкому применению СТЭГ.
Исследователи из Института оптики Рочестерского университета заявляют, что нашли способ значительно повысить эффективность СТЭГ. В статье, опубликованной в журнале Light: Science and Applications, они описывают новые методы, которые увеличивают выработку энергии в 15 раз по сравнению с предыдущими конструкциями при увеличении веса устройства всего на 25 процентов.
«Десятилетиями научное сообщество сосредоточивалось на улучшении полупроводниковых материалов, используемых в СТЭГ, и добилось скромных успехов в общем КПД», — говорит Чуньлэй Го, профессор оптики и физики, старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики Рочестера. «В этом исследовании мы даже не затрагивали полупроводниковые материалы — вместо этого мы сосредоточились на горячей и холодной сторонах устройства. Сочетая лучшее поглощение солнечной энергии и удержание тепла на горячей стороне с лучшим отводом тепла на холодной стороне, мы добились поразительного повышения эффективности».
Подход команды заключался в улучшении поглощения и удержания тепла на горячей стороне устройства, а также в улучшении отвода тепла на холодной стороне. На горячей стороне они использовали фемтосекундную лазерную обработку для превращения обычного вольфрама в так называемый селективный поглотитель солнечной энергии, или W-SSA. Эта поверхность поглощает более 80 процентов солнечного света при высоких температурах, излучая при этом меньше инфракрасного излучения, что означает меньшие потери энергии. Для удержания тепла они поместили поглотитель внутрь небольшой пластиковой камеры, которая действует как теплица. Это позволило снизить потери тепла от конвекции более чем на 40 процентов.
На холодной стороне они использовали ту же лазерную технику на алюминии для создания микроструктурированного теплоотвода, или μ-dissipator. Эта конструкция улучшила охлаждение как за счет излучения, так и за счет конвекции, удвоив производительность обычного алюминиевого радиатора. Делая горячую сторону горячее, а холодную сторону холоднее, они увеличили разницу температур по всему СТЭГ, что, в свою очередь, повысило количество вырабатываемой электроэнергии.
Исследователи продемонстрировали, что их усовершенствованные СТЭГ могут гораздо эффективнее питать светодиоды, чем существующие устройства. Го также отметил, что эту технологию можно использовать для беспроводных сенсорных сетей, носимой электроники и даже медицинских датчиков. Она также может служить источником возобновляемой энергии в сельских районах, где доступ к электричеству ограничен.
Хотя СТЭГ по-прежнему менее эффективны, чем солнечные панели, эта работа показывает, что акцент на управлении тепловыми процессами, а не только на полупроводниковых материалах, может иметь большое значение. Это открывает новые возможности для того, как солнечная энергия может быть уловлена и использована в будущем.
Источник: University of Rochester, Nature
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Facebook*, Instagram* и WhatsApp* принадлежат компании Meta* Platforms Inc., деятельность которой признана экстремистской и запрещена на территории Российской Федерации.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
