40% wydajności z ogniwa termofotowoltaicznego. Rekord efektywności TPV

40% wydajności z ogniwa termofotowoltaicznego. Rekord efektywności TPV

Przeciętnie ogniwa fotowoltaiczne mają wydajność od około 18 do 22%. Inżynierowe z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) opracowali przełomowe ogniwo termofotowoltaiczne TPV o rekordowej wydajności. Osiąga dużo lepsze wyniki niż konwencjonalne. Jak to możliwe?

Ogniwo termofotowoltaiczne

Zespół inżynierów z MIT i Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) zaprojektował niekonwencjonalne ogniwo fotowoltaiczne o rekordowej wydajności. TPV, czyli  wysokowydajne ogniwo termofotowoltaiczne (TPV) przekształca ciepło w energię elektryczną. Jego wydajność znacznie przewyższa tę, którą odznaczają się ogniwa na co dzień. 

Rekordowa, bo aż 40% wydajność została osiągnięta dzięki zastosowaniu trwałych materiałów o większej przerwie wzbronionej oraz wykorzystaniu ekstremalnie wysokich temperatur sięgających nawet 2400 °C. Jak mówi profesor z Wydziału Inżynierii Mechanicznej Asegun Henry z Massachusetts Institute of Technology, półprzewodnikowy konwerter energii pozwala na pracę w wysokich temperaturach, a także jest opłacalne ekonomicznie. Ponieważ ogniwo TPV nie posiada ruchomych części, nie trzeba inwestować w jego konserwowanie.

Jedną z zalet półprzewodnikowych konwerterów energii jest to, że mogą pracować w wyższych temperaturach przy niższych kosztach konserwacji, ponieważ nie mają ruchomych części. Po prostu niezawodnie wytwarzają energię elektryczną podaje profesor Asegun Henry.

Termofotowoltaika – jak działa?

Ogniwo termofotowoltaiczne pozwala przekształcić światło słoneczne na ciepło, a następnie jest przetwarzane na energię elektryczną. Ta dodatkowa funkcja wpływa na większą sprawność paneli.

Promieniowanie cieplne jest absorbowane przez panele PV tylko w części. Dzieje się tak z powodu ich budowy półprzewodnikowej. Jeśli fala energii jest zbyt duża, zostaje bezpowrotnie utracona. TPV umożliwia przekroczenie tej bariery.

Wydajność ogniwa TPV jest definiowana inaczej niż ogniwa słonecznego. W przeciwieństwie do niego, system TPV może zachować, a następnie przekształcić energię w fotony. Odbite, a następnie ponownie pochłonięte światło pomaga utrzymać emiter (w tym wypadku ogniwo TPV) w wysokiej temperaturze. Równolegle minimalizuje się pobór energii wymagany do ogrzania emitera. 

Ogniwa TPV mogą być wykonane podobnie jak ogniwa słoneczne, czyli z materiałów półprzewodnikowych o określonej przerwie energetycznej. Jeśli foton o wystarczająco wysokiej energii zostanie pochłonięty przez materiał, może przerzucić elektron przez przerwę wzbronioną. W efekcie elektron może przewodzić i tym sposobem generować prąd.

Przyszłość TPV – magazyny energii

Wkrótce naukowcy chcą rozbudować potencjał ogniwa termofotowoltaicznego. Celem jest stworzenie akumulatora termicznego, który mógłby współdziałać z odnawialnymi źródłami energii, takimi jak energia słoneczna. Jej nadmiar nagromadzony w słoneczny dzień byłby składowany w izolowanych magazynach gorącego grafitu. Ogniwa TPV przekształcałyby zmagazynowaną energię cieplną w energię elektryczną, kiedy panele nie produkują wystarczająco dużo energii.

Ogniwa termofotowoltaiczne były ostatnim kluczowym krokiem w kierunku wykazania, że ​​baterie cieplne są dostępną koncepcją. To absolutnie rewolucyjny krok na drodze do rozpowszechniania energii odnawialnej i dojścia do zdekarbonizowanej sieci – dodał profesor Henry. 

Zobacz też pierwszą w Polsce fabrykę ogniw i magazynów energii. 

źródło: nrel.gov, nature.com 

fot. główna canva

Artykuł stanowi utwór w rozumieniu Ustawy 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych. Wszelkie prawa autorskie przysługują swiatoze.pl. Dalsze rozpowszechnianie utworu możliwe tylko za zgodą redakcji.