Увеличение КПД солнечных панелей с помощью нагревательного элемента

Исследователи из Массачусетского технологического института придумали способ, как повысить КПД обычных солнечных панелей. Они предлагают внедрить промежуточный нагревательный элемент между потоком солнечного излучения и поверхностью панелей. Идея в том, что при нагревании этот элемент будет излучать в спектре, который лучше подходит для поглощения стандартными кремниевыми элементами.

Нанофотонный солнечный термофотоэлектрический элемент, составленный из нескольких слоёв углеродных нанотрубок в качестве поглотителя и фотонного кристалла Si/SiO₂ в качестве излучателя, а также солнечной фотоячейки на 0,55 eV



Вопреки логике, здесь добавление дополнительного этапа преобразования на самом деле повышает КПД, поскольку позволяет получить энергию от фотонов на частотах, которые обычно уходят впустую.

Обычные солнечные панели преобразуют в электричество энергию только тех фотонов, которые соответствуют определённым рамкам по нижней и верхней границам диапазона. Кремниевая микросхема чувствительна к широкому спектру, но при этом многие фотоны проходят мимо неё. Добавление поглотителя из углеродных нанотрубок позволяет решить эту проблему. Данный слой чувствителен к большему диапазону частот и при бомбардировке фотонами нагревается до 962°C. При нагревании он излучает фотоны строго определённой энергии, которые отлично поглощаются фотоячейкой и преобразуются в электричество.

Подобную технологию предсказывали теоретики несколько лет назад, и вот теперь её удалось реализовать на практике. Говорили, что термоэлементы позволят преодолеть теоретический лимит эффективности преобразования солнечной энергии для кремниевых микросхем, установленный на уровне 33,7% (предел Шокли-Квиссера). В данном случае КПД теоретически может достигать 80%.

Впрочем, на практике учёным пока далеко до теоретически максимального предела. Прежние эксперименты не могли продемонстрировать КПД выше 1%, но в Массачусетском технологическом институте зафиксировали эффективность преобразования на уровне 3,2%, а авторы научной работы уверены, что в ближайшее время смогут повысить его до 20%. По их словам, этого достаточно для выпуска коммерческого продукта.

Научная работа с описанием термофотоэлектрического элемента опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

This entry passed through the Full-Text RSS service — if this is your content and you're reading it on someone else's site, please read the FAQ at http://ift.tt/jcXqJW.