Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης και το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας
Θερμική μηχανή που δημιουργήθηκε από μηχανικούς,είναι ένα θερμοφωτοβολταϊκό στοιχείο (TVP) που συλλαμβάνει φωτόνια υψηλής ενέργειας από μια πηγή πυρακτώσεως θερμότητας και τα μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτό το σύστημα επαναλαμβάνει την ιδέα του πώς λειτουργούν τα ηλιακά πάνελ.
Το θερμικό στοιχείο που αναπτύχθηκε στο MIT αποτελείται απότρία κύρια μέρη. Το εσωτερικό στρώμα καθρέφτη από χρυσό επικαλύπτεται διαδοχικά με δύο στρώματα κραμάτων, το άνω (εξωτερικό) των οποίων έχει υψηλό διάκενο ζώνης και το κάτω (ενδιάμεσο) έχει ελαφρώς μικρότερο πλάτος. Διάκενο ζώνης - χαρακτηριστικό των ημιαγωγών και των διηλεκτρικών, η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για τη μετάβαση ενός ηλεκτρονίου από τη ζώνη σθένους στη ζώνη αγωγιμότητας.
Το εξωτερικό στρώμα συλλαμβάνει φωτόνια από το υψηλότεροενέργεια και τη μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια. Το ενδιάμεσο κράμα συλλαμβάνει και μετατρέπει τα σωματίδια φωτός χαμηλότερης ενέργειας που διέρχονται από το πρώτο στρώμα. Τα φωτόνια που έχουν φτάσει στο στρώμα χρυσού αντανακλώνται από την επιφάνεια του καθρέφτη και επιστρέφουν στην πηγή θερμότητας. Αυτή η προσέγγιση, σύμφωνα με τους μηχανικούς, μειώνει τις απώλειες ενέργειας.
Οι ερευνητές δοκίμασαν το δημιουργημένο στοιχείοχρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα ροής θερμότητας. Οι επιστήμονες συγκέντρωσαν το φως από μια λάμπα υψηλής θερμοκρασίας στη θερμική μηχανή τους και δοκίμασαν πώς άλλαζε η ενεργειακή απόδοση του στοιχείου ανάλογα με τη θερμοκρασία. Οι μετρήσεις έδειξαν ότι σε θερμοκρασίες από 1900°C έως 2400°C η απόδοση του ανεπτυγμένου στοιχείου TVP ήταν 40%.
Σχηματικό διάγραμμα θερμικής μπαταρίας. Πηγή: Henry et al., MIT, Nature
Οι μηχανικοί σχεδιάζουν να μετατρέψουν τα στοιχεία τους σεζυγαριά δικτύου θερμικής μπαταρίας. Ένα τέτοιο σύστημα θα απορροφούσε την περίσσεια ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές όπως ο ήλιος και θα την αποθηκεύει σε βάζα θερμού γραφίτη με υψηλή μόνωση. Εάν είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, σε συννεφιασμένες μέρες, τα στοιχεία TVP θα μετατρέψουν τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια και θα την τροφοδοτήσουν στο δίκτυο.
Θερμοφωτοβολταϊκές κυψέλες από χάλυβατο τελευταίο βήμα προς την απόδειξη ότι οι θερμικές μπαταρίες είναι μια βιώσιμη ιδέα. Είναι μια ασφαλής, φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία που μπορεί να έχει αντίκτυπο στη μείωση των εκπομπών άνθρακα.
Asegun Henry, καθηγητής MIT και συν-συγγραφέας της μελέτης
Σύμφωνα με ερευνητές, πάνω από το 90%Η ηλεκτρική ενέργεια στον κόσμο παράγεται από πηγές θερμότητας (άνθρακας, αέριο, πυρηνική ενέργεια). Οι ατμοστρόβιλοι είναι ο παραδοσιακός τρόπος μετατροπής της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Σε τέτοια συστήματα, ο θερμαινόμενος υδρατμός περιστρέφει έναν στρόβιλο και θέτει σε κίνηση μια ηλεκτρική γεννήτρια της οποίας το μαγνητικό πεδίο δημιουργεί ένα εναλλασσόμενο ρεύμα.
Οι φυσικοί σημειώνουν ότι, κατά μέσο όρο, οι ατμοστρόβιλοιμετατρέπουν αξιόπιστα περίπου το 35% της θερμότητας σε ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, τα κινούμενα μέρη του συστήματος είναι ευαίσθητα στη θερμοκρασία, επομένως οι πηγές θερμότητας υψηλής θερμοκρασίας δεν μπορούν να λειτουργήσουν με τέτοιους στρόβιλους.
Διαβάστε περισσότερα
Μετά από δέκα χρόνια εργασίας, οι επιστήμονες αμφισβήτησαν το τυπικό μοντέλο της φυσικής
Υπάρχει ένας άλλος «πλανήτης» μέσα στη Γη: πώς έσωσε την εκκολαπτόμενη ζωή
Οι επιστήμονες κατανοούν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο ενός σκύλου όταν ένα άτομο μιλάει