Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology und des National Renewable Renewable Laboratory
Von Ingenieuren entwickelte Wärmekraftmaschine,ist eine thermophotovoltaische (TVP) Zelle, die hochenergetische Photonen von einer glühenden Wärmequelle einfängt und sie in Elektrizität umwandelt. Dieses System wiederholt die Idee, wie Sonnenkollektoren funktionieren.
Das am MIT entwickelte Thermoelement besteht ausdrei Hauptteile. Die innere Spiegelschicht aus Gold wird nacheinander mit zwei Legierungsschichten beschichtet, von denen die obere (äußere) eine hohe Bandlücke und die untere (mittlere) eine etwas geringere Breite hat. Bandlücke - eine Eigenschaft von Halbleitern und Dielektrika, die minimale Energie, die für den Übergang eines Elektrons vom Valenzband zum Leitungsband erforderlich ist.
Die äußere Schicht fängt Photonen von der höchsten einEnergie und wandelt sie in Strom um. Die Zwischenlegierung fängt die Lichtteilchen niedrigerer Energie ein und wandelt sie um, die die erste Schicht passieren. Photonen, die die Goldschicht erreicht haben, werden von der Spiegeloberfläche reflektiert und zur Wärmequelle zurückgeführt. Dieser Ansatz reduziert laut Ingenieuren Energieverluste.
Die Forscher testeten das erstellte Elementmit einem Wärmestromsensor. Die Wissenschaftler konzentrierten das Licht einer Hochtemperaturlampe auf ihre Wärmekraftmaschine und testeten, wie sich die Energieeffizienz des Elements in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Messungen zeigten, dass bei Temperaturen von 1900 °C bis 2400 °C der Wirkungsgrad des entwickelten TVP-Elements 40 % betrug.
Schematische Darstellung einer thermischen Batterie. Quelle: Henry et al., MIT, Natur
Die Ingenieure planen, ihre Elemente in umzuwandelnthermische Batterie-Netzwerk-Skala. Ein solches System würde überschüssige Energie aus erneuerbaren Quellen wie der Sonne aufnehmen und in hochisolierten heißen Graphitgefäßen speichern. Bei Bedarf, beispielsweise an bewölkten Tagen, wandeln TVP-Elemente Wärme in Strom um und speisen diesen ins Netz ein.
Thermophotovoltaische StahlzellenDer jüngste Schritt, um zu zeigen, dass thermische Batterien ein realisierbares Konzept sind. Es handelt sich um eine sichere und umweltfreundliche Technologie, die einen Einfluss auf die Reduzierung der CO2-Emissionen haben kann.
Asegun Henry, MIT-Professor und Co-Autor der Studie
Laut Forschern sind über 90 %Strom wird weltweit aus Wärmequellen (Kohle, Gas, Kernenergie) erzeugt. Dampfturbinen sind die traditionelle Art, Wärme in Strom umzuwandeln. In solchen Systemen dreht erhitzter Wasserdampf eine Turbine und setzt einen elektrischen Generator in Gang, dessen Magnetfeld einen Wechselstrom erzeugt.
Physiker stellen fest, dass im Durchschnitt Dampfturbinenetwa 35 % der Wärme zuverlässig in Strom umwandeln. Außerdem sind die beweglichen Teile des Systems temperaturempfindlich, sodass Hochtemperatur-Wärmequellen mit solchen Turbinen nicht funktionieren können.
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