В Туреччині будуть збирати енергію вітру прямо на дорогах
20 Березня , 2019
Чи варто встановлювати індивідуальні сонячні панелі в багатоквартирному будинку
25 Березня , 2019

“Соняшники”-генератори від IBM переретворюють 80% сонячної енергії

Науково-дослідний підрозділ IBM спільно зі швейцарською компанією Airlight Energy представили свою розробку – високотехнологічну систему, що перетворює сонячне світло і тепло в електроенергію. В рамках проекту під назвою «Соняшник» (Project Sunflower) була розроблена установка HCPVT (highly efficient concentrated photovoltaic/thermal), яка крім електрики, може забезпечувати будівлі гарячим водопостачанням.

Конструкція «hi-tech соняшника» обладнана високоефективними фотоелементами, які здатні перетворювати зібрані рефлекторами в точці фокусу сонячні промені в електрику при високих температурах. В основному, елементи і рішення, застосовувані в HCPVT досить відомі, виключення складає лише одна технологія – одночасне використання двох методів генерації сонячної енергії: термального (використовуються високі температури) і світлового (фотоелементи).

Рефлектори (відбивачі) «соняшника» являють собою увігнуті дзеркала, матеріалом для яких послужила алюмінієва фольга. Фахівці проекту обрали його через відносну дешевизну і високу відбивну здатність. Крім того, тонкий шар алюмінію (товщина 0,2 мм) досить надійний і для його захисту не потрібні спеціальні пристосування.

«Сонячна квітка» з площею поверхні 40 м2 має вигляд параболічної антени і складається з 36 еліптичних «пелюсток», кожна з яких включає в себе 6 рефлекторів. Рефлектори створюють точку фокусу світлових променів, в якій розміщені 6 колекторів, по одному на кожен блок з шести відбивачів.

Саме колектори і є «ноу-хау» системи. Насамперед, кожен колектор покритий шаром фотоелементів з арсеніду галію (GaAs). Ця хімічна сполука перетворює світло в електроенергію з набагато більшим ККД (близько 38%), ніж це роблять кращі аналоги з кремнію (близько 20%). GaAs дорожчий матеріал, проте в «фотогальванічних соняшниках» арсеніду галію застосовується небагато – ним покривається лише невелика ділянка, в якій фокусується світло.

Один колектор пристрою містить покриття арсеніду галію площею лише кілька см2, але в підсумку, отримана енергоефективність фотоелемента на сьогоднішній день не має аналогів. Генеруюча здатність кожного колектора знаходиться в межах 2 кВт, а загалом фотоелектрична система HCPVT видає до 12 кВт енергії.

Напівпровідникові фотоелектричні перетворювачі енергії при нагріванні втрачають певну частину ефективності. Навіть GaAs обмежений температурою близько 105 C. Основна проблема – це високі температури (вище 1500 C) в точці фокусування і, схоже, дослідники IBM знайшли рішення.

Фахівці компанії застосували оригінальний метод, який вже застосовувався IBM для охолодження суперкомп’ютерів – це рідинна система охолодження, в якій в якості холодоагенту виступає гаряча вода. Але у випадку з HCPVT все трохи по-іншому – «водяний масив», що представляє собою кремнієвий блок з мікрорідинними каналами. Таких каналів робиться кілька тисяч, і по них вода надходить до елементів пристрою, які нагріваються. Така технологія дозволяє значно збільшити кількість тепла, яке можна розсіяти, мікроканали в цьому плані набагато ефективніші, ніж звичайні канали, які використовуються в стандартній системі охолодження.

«Технологія прямого охолодження при дуже невеликій потужності накачування використовується для охолодження фотовольтаїчних чіпів. Створюючи цю систему, ми надихалися рішенням природи – розгалуженою системою кровопостачання в організмі людини», — пояснює один з авторів дослідження Бруно Мішель (Bruno Michel), співробітник IBM Research. Ці «охолоджувачі» закріплюються на задній стороні фотоелементів, що дозволяє охолоджувати їх до необхідної температури 105 С. В результаті система, яка виробляє 12 кВт електричної енергії, додатково видає 21 кВт теплової енергії.

Установка HCPVT додатково може бути налаштована таким чином, щоб забезпечити людей питною і гарячою водою, а також надавати можливість для кондиціювання повітря. Так, вода, що містить солі проходить через нагрівальні трубки, а потім переходить в дистиляційну систему з проникною мембраною, де вона опріснюється і випаровується. Для отримання холодного повітря напрацьоване тепло можна пропускати через адсорбційну холодильну машину, яка представляє собою звичайний теплообмінник з випарником і конденсатором, який використовує воду в якості холодоагенту.

Строк служби кожного » Sunflower » може становити приблизно 60 років при відповідному обслуговуванні, заміні фольги і дзеркал-відбивачів кожні 10-15 років (залежно від середовища експлуатації). Фотоелементи потрібно буде замінювати кожні 25 років.

Джерело

LEU
LEU

Залишити відповідь

Увійти за допомогою: