И солнца не нужно!

Опубликовано: 28.09.2018

видео И солнца не нужно!

QONTRAST - Улыбайся (Премьера трека 2018)

   Как известно, тепло превращается в электричество без промежуточной механической работы с помощью термопары. Однако есть еще один способ, менее известный, но, пожалуй, более перспективный.



   Еще примерно четыре десятка лет назад исследователи безрезультатно пробовали создать компактные генераторы для космической техники. Сейчас этот проект, но уже для наземной техники - автомобилей - реанимировали физики из Массачусетского технологического института.

   Сравнительно небольшое количество топлива равномерно сжигают и с его помощью нагревают тело-излучатель «до белого накаливания», а точнее - до 1227 0С. Излучаемый телом очень яркий свет направляют на фотодиод - «солнечную батарею, которая и вырабатывает ток. И Солнца не нужно!


КВН-2015. Встреча выпускников. Утомлённые солнцем (Сочи), Приветствие.

  Принцип работы термофотоелектрического генератора

   Чтобы такая система была не только работоспособной, но еще и имела высокий КПД, исследователи воспользовались последними достижениями в физике фотонных кристаллов. Фотонные кристаллы - это периодические структуры из различных материалов, толщина слоев в которых равна длине волны света (например, видимого).Такие периодические структуры имеют необычные оптические свойства. Например, фотонные кристаллы могут пропускать через себя определенные частоты волн, но при этом отражать, как зеркало, другие волны.Фотонные кристаллы могут быть световыми «проводниками», «диэлектриками» и «полупроводниками», где вместо тока - фотоны.


КВН Утомленные солнцем - 2016 Спецпроект "55 лет КВН"

    При нагревании обычного тела и при использовании обычной фотоэлектрической панели эффективность невысока.И вот в лаборатории электромагнитных и электронных систем (LEES) MIT решено было для сортировки волн приспособить фотонные кристаллы. Сейчас в LEES отрабатывают високоеффективность термофотоелектрической системы. Уже созданы первые прототипы таких преобразователей.

   Как излучатель света исследователи использовали так называемый двухмерный фотонный кристалл, со структурой поверхности, которая похожа на пчелиные соты. Материал - тугоплавкий сплав на основе вольфрама. Соты имеют поперечник и глубину «колодца», соизмеримые с длиной волны видимого света.Два размеры рассчитаны таким образом, что при нагревании тела они поддерживают излучения на определенных частотах и препятствуют излучению других волн.(Обычное нагретое тело светит более-менее равномерно в широком диапазоне различных частот, которые вполне утилизировать было бы трудно) К слову, этот излучатель изготовлен в виде цилиндра: вокруг него располагается солнечная батарея, изготовленная на основе антимониду галлия.

   Характерной особенностью проекта является промежуточный цилиндр, установленный между цилиндром-излучателем и цилиндром «солнечной» панели. Промежуточный цилиндр - это так называемый одномерный фотонный кристалл, который составлен из множества слоев кремния (толщиной 170 нанометров каждый) и диоксида кремния (390 нанометров).Этот фотонный кристалл работает как точный фильтр: волны длиной менее 1,7 микрона (величину было определено из параметров фотоэлектрического преобразователя) он пропускает к батарее, а более длинные волны - отражает обратно в излучателя.Таким образом, возрастает общий КПД системы: до фотодиода проходят частоты, которые он наиболее эффективно «переваривает» и превращает в электрический ток, а отраженный фильтром в обратную сторону свет помогает поддерживать высокую температуру центрального тела - излучателя.

   Излучение, проходящей в фотопреобразователей, но все же не превращается в ток, приводит к нагреву фотодиода, поэтому его нужно охлаждать. Это - одна из основных проблем проекта.Однако по расчетам и результатами первых опытов с экспериментальными установками авторы проекта сделали вывод, что теоретически таким способом можно превращать энергию топлива в электричество с эффективностью до 40-50%, что, пожалуй, выше суммарного КПД типового ДВС,работающий вместе с обычным электрогенератором.

   Таким образом, используя нагретое тело, фильтр, который пропускает к батарее лишь волны, которые эффективно превращает в ток и также является зеркалом для других волн, да и саму батарею из высокоэффективных материалов, авторы достигли хороших показателей.По их мнению, такие установки не заменят обычных двигателей под капотами автомобилей, но как генератор для бортовой сети были бы идеальными - никаких подвижных частей, равномерное эффективное сгорание топлива, бесшумность, высокий КПД.

   Такие генераторы могли бы проводить ток для автомобилей на стоянке, во время холодов лишнее тепло фотоячейки понадобилось бы для обогрева салона, а в жару генератор мог бы с минимальными затратами обеспечивать током кондиционер.Особенно полезной эта система была бы для магистральных тягачей, ведь крутить огромные двигатели только для обогрева кабины или подзарядки аккумулятора - слишком сложно и неэффективно.

   Кстати, компания Toyota является одним из спонсоров проекта MIT.Но пока решение о применении термофотогенератора на японских машинах не принято.

Ранее Европейские перспективы фотовольтики | Позже Пирамида коллекционирует тепло в подземелье

rss