Селективный поглотитель солнечной энергии из наноматериалов

Новый тип спектрально-селективной фотоэлектрической батареи и одновременно теплового коллектора может с высоким КПД одновременно вырабатывать электричество и тепловую энергию до 300 ° С.

Рост использования фотоэлектрических батарей (PV) для производства электроэнергии из солнечной энергии наблюдается во многих странах мира. При этом большинство коммерческих систем используют только ограниченную часть поступающего солнечного спектра, а стоимость систем хранения электроэнергии пока достаточно высока. Другой подход, это концентрация солнечной энергии (CSP) и преобразование её в тепловую энергию, которая далее может быть использована в паровом цикле. Этот метод также активно развивается во многих проектах на юго-западе Соединенных Штатов, в Европе и Северной Африке. Системы работающие по принципу CSP могут собирать весь солнечный спектр и эффективно сохранять тепловую энергию с низкими показателями себестоимости, но имеющие высокие расходы по выработке электроэнергии ( капитальные затраты на строительство ТЭЦ и высокие эксплуатационные расходы) .

Гибридные фотоэлектрические и тепловые (PV / T) системы должны работать при низких температурах, максимально охлаждая фотовольтаику, но выдавая высокую температуру на выходе теплового коллектора. Для решения этой задачи, Агентство перспективных исследований энергетики (ARPA-E) разработало программу по оптимизации преобразований Sunlight (FOCUS). Цель её совместить лучшие качества PV и CSP методик и создание систем, способных производить энергию с низкой стоимостью и эффективностью. Чтобы сделать это, необходимо создать комбинированные PV / T (CPV / T) системы, которые эффективно используют весь солнечный спектр, в первую очередь за счет оптимизации потоков солнечного энергии, переданных фотоэлектрическому приемнику и тепловому коллектору соответственно.

Большинство предшествующих подходов использовали методы светоделения, где входящий солнечный спектр делится с помощью селективных к длине волны отражателей и преломляющих устройств так, что определенная спектральная часть направляется к своему компоненту. Такие компоненты обладают высокой зависимостью от угла падения света и оптической неэффективностью.

Новый метод основан на применении суспензий из наночастиц, поглощающих определенную часть спектра. Наночастицы обладают уникальными оптическими свойствами, их эффективность значительно отличается от обычных спектральных фильтров. В частности, путем корректировки размера, морфологии и материала, оптические свойства могут быть достаточно точно настроены.

спектр и схема фильтра

На рисунке (а) для представлены примеры настройки фильтров из наночастиц, в зависимости от их параметров (слева-направо: изменяя размер золотых наночастиц, изменяя соотношение размеров золотых наностержней, используя нанокристаллы оксида индия и олова.

На рисунке (б), показана схема гибридных фотоэлементов. Теплоноситель с суспензией наночастиц протекает перед PV ячейками (без непосредственного контакте), эффективно поглощая солнечную энергию на длинах волн выше запрещенной зоны ячейки. Холодный теплоноситель также активно охлаждает фотоэлементы, минимизируя температуру ячеек и повышая их эффективность.

Первоначальные исследования показали, что сочетание золотых наностержней и нанокристаллов оксида индия и олова (ITO) способно поглощать 80% энергии на длинах волн выше ячейки запрещенной зоны непосредственно в рабочей жидкости, менее 20% энергии на длинах волн ниже запрещенной зоны ячейки.

Исследователи пересмотрели широкий спектр материалов, частиц и морфологией, и обнаружили много частиц с сильным поглощением на длинах волн больше длины волны ячеек. Также исследователи установили возможность точной и простой настройки фильтров на основе наночастиц для различных параметров фотоэлементов.

На рисунке ниже показан первый прототип конструкции гибридной системы, использующий спектрально-селективный жидкий поглотитель из наночастиц. Сейчас команда исследователей работает над созданием передовых рабочих конструкций полномасштабного размера, способного демонстрировать комбинированное производство электроэнергии и тепла до 300°C.

гибридное устройство PV/T

Синтезированные наночастицы успешно прошли проверку при тестировании оптические свойства при комнатной температуре и при температуре до 300 °С, при работе с концентраторами солнечной энергии с коэффициентом концентрации до х14.

Авторы: Тодд Отаникар и Дрю ДеЖарнетте, Университет Талсы, Талса, Оклахома, США

Источник: spie.org

Добавить комментарий


Почитать ещё по теме:


solar battery tungsten dieselenide
Ультратонкие, прозрачные, гибкие солнечные батареи из диселенида вольфрама
Улучшен аккумулятор с электродами из расплавленных металлов
Созданы солнечные батареи, превращающие инфракрасное излучение в электричество
Новый рекорд эффективности для тонкопленочных солнечных батарей

Template design by Joule Watt © 2015 Домашняя энергетика