Termofotovoltaické články s extrémní účinností! Začíná solární revoluce

Vědci doufají, že termofotovoltaické články (TPV) bez pohyblivých částí mohou při přeměně tepla na elektřinu dosahovat vyšší účinnosti při vyšších teplotách.

Jeden takový TPV článek nyní dosáhl nového světového rekordu 40 % účinnosti, uvádějí vědci. To je lepší než u parních turbín, které se tradičně používají k přeměně tepla na elektřinu a které obvykle dosahují maximálně 35 procent a mají také horní teplotní limity.

TPV přeměňují vysokoenergetické fotony z horkých zdrojů tepla na elektřinu. V kombinaci s termálními bateriemi by mohly zachycovat energii ze Slunce, uchovávat ji a uvolňovat ji podle potřeby.

“Jednou z výhod polovodičových měničů energie je, že mohou pracovat při vyšších teplotách s nižšími náklady na údržbu, protože nemají žádné pohyblivé části,” říká strojní inženýr Asegun Henry z MIT.

Termofotovoltaický článek, který se podílí na rekordní konverzi, dokáže vyrábět elektřinu ze zdrojů tepla o teplotě 1 900 až 2 400 stupňů Celsia. Tyto teploty jsou pro běžné parní turbíny kvůli pohyblivým částem příliš vysoké.

Zlepšení účinnosti je způsobeno především použitými materiály, které mají takzvaný nízký bandgap – mezeru, kterou musí elektrony překonat, aby se mohla vyrábět elektřina. V tomto případě vědci použili materiály s vyšším bandgapem a také vícenásobné spoje nebo vrstvy materiálu.

Jsou použity tři vrstvy: slitina s vysokým bandgapem, která zachycuje vysokoenergetické fotony a mění je na elektřinu, slitina s nízkým bandgapem, která zachycuje nízkoenergetické fotony, jež proklouznou první vrstvou, a zlaté zrcadlo, které odráží fotony, jež prošly celou cestou zpět ke zdroji tepla, čímž se minimalizuje ztrátové teplo.

Nyní se ukázalo, že článek TPV je funkční, spolehlivý a účinný, a vědci se mohou pustit do jeho rozšiřování a kombinování s dalšími prvky, aby vytvořili plnohodnotný systém výroby energie a to takový, který během používání neprodukuje žádný uhlík.

“Termofotovoltaické články byly posledním klíčovým krokem k prokázání, že termální baterie jsou životaschopným konceptem,” říká Henry. “Je to naprosto zásadní krok na cestě k rozšíření obnovitelných zdrojů energie a k dosažení plně dekarbonizované sítě.”

Zdroj: sciencealert.com