Oamenii de știință care caută modalități de a îmbunătăți capacitățile generatoarelor de energie solară au descoperit o metodă care le poate spori eficiența cu un factor de 15.
Descoperirea constă într-un „metal negru” unic, gravat laser, dezvoltat de cercetători în ultimii cinci anipe care acum speră să -l folosească în generatoarele termoelectrice solare (STEG).
STEG-urile sunt un tip de dispozitiv electronic în stare solidă care transformă energia termică în electricitate prin efectul Seebeck-un fenomen care apare atunci când diferența de temperatură între materiale deplasează particulele încărcate și creează o forță electromagnetică (EMF) sau tensiune.
Un Steg conține materiale semiconductoare întreprinse între o parte „fierbinte” și o „rece”. Când partea fierbinte este încălzită – fie de soare, fie de o altă sursă de energie termică – mișcarea electronilor prin materialul semiconductorului creează un curent electric.
Provocarea cu STEG -urile existente este că acestea sunt extrem de ineficiente, transformând mai puțin de 1% din lumina soarelui în electricitate. Acest lucru este în contrast cu panourile solare fotovoltaice pe care le veți găsi de obicei atașate la casele oamenilor, care transformă aproximativ 20% din lumina pe care o primesc în electricitate.
Înrudite: Descoperirea nanoparticulelor ar putea aduce „Sfântul Graal” al puterii solare la îndemână
Cu toate acestea, într -un nou studiu publicat pe 12 august în Jurnal Lumină: Știință și aplicațiiCercetătorii au folosit metale tratate cu laser, cunoscute și sub numele de „metal negru” datorită aspectului lor profund, de culoare neagră, pentru a stimula eficiența energetică a unui generator termoelectric solar cu un factor de 15.
Tratament cu laser
Metoda a implicat explozia unei bucăți de tungsten cu impulsuri laser extrem de rapide și precise pentru a gravura canelurile microscopice în suprafața sa. Aceste „gravuri la nano -scală au permis tungstenului să absoarbă mai multe radiații termice și să țină mai mult timp.
Impulsurile cu laser au, de asemenea, efectul de a transforma suprafața oricărui negru de metal, crescând capacitatea lor de a absorbi căldura. Cercetătorii au acoperit apoi tungstenul negru cu o bucată de plastic pentru a crea o „mini seră” care a prins și mai multă căldură.
Pentru partea rece a Stegului, oamenii de știință au luat o bucată de aluminiu obișnuit și au izbucnit -o din nou cu impulsuri laser. Gravurile minuscule din metal au creat un „disipator de căldură micro-structurat micro-structurat”, pe care echipa a susținut-o a fost de două ori mai eficient la disiparea căldurii față de o chiuvetă tipică din aluminiu.
Pentru a testa sistemul, cercetătorii l -au folosit pentru a alimenta un LED sub lumina soarelui simulată. Un Steg tipic nu a putut lumina LED -ul chiar și atunci când este expus la lumină de 10 ori mai puternic decât lumina normală a soarelui. Cu ambele părți tratate folosind metalul negru, cu toate acestea, dispozitivul a aprins LED-ul la o luminozitate completă sub lumină de cinci ori mai puternică decât lumina normală a soarelui-echivalând cu o creștere de 15 ori a puterii.
Deși probabil că nu va înlocui fermele solare în curând, tehnologia ar putea fi în cele din urmă folosită pentru senzori sau dispozitive purtabile pentru internet wireless cu putere redusă (IoT), sau servesc ca sisteme de energie regenerabilă în afara regenelor în zonele rurale, au spus cercetătorii într-un declaraţie.
“De zeci de ani, comunitatea de cercetare s -a concentrat pe îmbunătățirea materialelor semiconductoare utilizate în STEG și a obținut câștiguri modeste în eficiența generală”, Chunlei GuoÎn declarație, a declarat coautor de studiu, profesor de optică și fizică și om de știință senior la Laboratorul Universității Rochester pentru Laser Energetics.
“În acest studiu, nici măcar nu atingem materialele cu semiconductor – în schimb, ne -am concentrat pe părțile calde și reci ale dispozitivului. Combinând o mai bună absorbție a energiei solare și capturarea căldurii la partea fierbinte, cu o mai bună disipare a căldurii pe partea rece, am făcut o îmbunătățire uimitoare a eficienței.”