Фотонная ловушка "законсервирует" свет

Исследователи из Массачусетского технологического института нашли новый способ концентрировать солнечный свет без использования массивов зеркал.

Большинство современных технологий солнечной энергетики превращают свет Солнца в электричество с помощью фотоэлектрических материалов. Некоторые технологии используют тепловую энергию Солнца, как правило, концентрируя солнечный свет с помощью зеркал, чтобы вскипятить воду и раскрутить турбину генератора. Третьим, весьма перспективным, но пока наименее распространенным, способом является непосредственное преобразование тепловой энергии в электричество.

Новый тип термофотоэлектрического генератора не требует зеркал-концентраторов и обеспечивает высокий КПД

Американские ученые нашли способ создавать термофотоэлектрические устройства, которые эффективно концентрируют свет без дорогостоящих и громоздких зеркал. Ноу-хау заключается в использовании фотонного кристалла - массива точно расположенных микроскопических отверстий (радиус отверстия 380 нм, глубина 3,04 мкм) в поверхностном слое термостойкого материала (в лабораторном образце применили вольфрам).

Новая технология в некотором роде имитирует парниковый эффект в атмосфере Земли: инфракрасное излучение Солнца через микроскопические отверстия попадает на чип термоэлектрика и практически полностью утилизируется (преобразуется в электричество). Достигается это благодаря очень малому диапазону углов отражения – лучам сложно «выскочить» из цилиндрического отверстия.

Изобретение ученых MIT решает проблему эффективности термофотоэлектрических устройств. Дело в том, что если выставить на солнце обычный темный материал, он не нагреется до температур, превышающих точку кипения воды. Это связано с тем, что поверхность переизлучает (отражает) инфракрасные лучи почти так же быстро, как и поглощает их. Поэтому для того, чтобы нагреть термоэлектрик до высоких температур, требуются концентраторы солнечного света – обычно большие параболические зеркала.

Новый тип термофотоэлектрического генератора представляет собой простую пластину темного материала, которая при современных технологиях достигает эффективности преобразования до 37%. По сравнению с 10% у нынешних термоэлектрических солнечных генераторов – это очень хороший показатель. К тому же не требуются сложные в монтаже и обслуживании зеркала, которые ко всему прочему невозможно разместить, например, на крыше или стене дома. Хотя, тем не менее, установка зеркал возможна, и это существенно поднимет эффективность энергоустановки.

Читайте на CNews
Как ищут экзопланеты? Методы и технологии
Квантовый мир проникает в наш через алмазы
Корейцы выпустят "в массы" беспилотник-конвертоплан