Výzkumníci z University of Houston a Massachusetts Institute of Technology oznámili podstatný pokrok ve výrobě elektřiny prostřednictvím kombinace koncentrované solární energie a termoelektrických materiálů.
Kombinací koncentrované solární energie – která přeměňuje světlo na teplo, které se pak používá k výrobě elektřiny – se segmentovými termoelektrickými nohami, vyrobenými ze dvou různých termoelektrických materiálů, z nichž každý pracuje v různých teplotních rozsazích, vědci uvedli, že prokázali slibné nové alternativní technologie solární energie.
Jejich zjištění jsou publikována v Nature Energy.
Zhifeng Ren, MD Anderson Profesor fyziky na University of Houston a autor článku řekl, že práce ilustruje nový levný, netoxický způsob výroby energie. I když není zamýšlen jako náhrada velkých elektráren, mohl by se ukázat jako zvláště užitečný pro izolované oblasti, které nejsou na tradiční elektrické síti a napájejí například malé shluky domácností nebo podniků, řekl. Kromě výroby elektřiny může tato technologie také vyrábět horkou vodu – což je cenné pro soukromé i průmyslové účely.
Kromě Rena patří mezi další autory článku Gang Chen, Daniel Kraemer, Kenneth McEnaney, Lee A. Weinstein a James Loomis, všichni z MIT, a výzkumníci z UH Qing Jie, Feng Cao a Weishu Liu.
Ren, který je také hlavním výzkumným pracovníkem Texaského centra pro supravodivost v UH, uvedl, že práce čerpá z dřívější práce výzkumníků, která prokázala tento koncept. Pro tento projekt, částečně podporovaný ministerstvem energetiky, ve skutečnosti postavili zařízení na měření toho, jak dobře fungovala optická koncentrace, aby se zlepšila celková účinnost systému.
Prokázali účinnost 7,4 procenta, ale uvedli, že na základě jejich výpočtů by zařízení mohlo dosáhnout účinnosti 9,6 procenta. Jejich předchozí práce vedla k efektivitě 4,6 procenta.
"Zlepšení výkonu je dosaženo použitím segmentovaných termoelektrických nohou, vysokoteplotního spektrálně selektivního solárního absorbéru umožňujícího stabilní vakuový provoz s teplotami absorbéru až 600 (stupňů) C a kombinující optickou a tepelnou koncentraci, " napsali výzkumníci. "Naše práce naznačuje, že koncentrační STEG (solární termoelektrické generátory) mají potenciál stát se slibnou technologií alternativní energie."
Pro dosažení vyšší účinnosti použili vědci solární absorbér, posílený optickými koncentrátory ke zvýšení tepla a zlepšení hustoty energie. Absorbér byl umístěn na nohách vyrobených z termoelektrických materiálů. Zatímco jejich předchozí práce používaly pouze telurid bismutitý - dobře známý termoelektrický materiál - tato verze používala skudderudit pro horní polovinu nohou a telurid bismutu pro spodní polovinu.
Termoelektrické materiály vyrábějí elektřinu využitím toku tepelného proudu z teplejší oblasti do chladnější oblasti. Pomocí dvou materiálů vědci uvedli, že byli schopni využít širší rozsah teplot produkovaných solárním absorbérem a zvýšit účinnost výroby.
Skutterudit například funguje nejlépe při teplotách nad 200 stupňů Celsia, zatímco telurid bismutitý funguje optimálně při teplotách pod touto úrovní.
"Rekordně vysoké účinnosti je dosaženo segmentací dvou termoelektrických materiálů, skutteruditu a teluridu bismutu, spojených se spektrálně selektivním povrchem provozovaným při teplotě blízké 600 (stupňům) C kombinovanou optickou a tepelnou koncentrací slunečního světla, " oni psali.
