Близько 90% електрики на Землі виходить у процесі перетворення тепла від спалювання викопного палива та ядерних реакцій або накопичення сонячної енергії. Всі ці процеси відбуваються з використанням складного обладнання, яке схильне до зносу. Вчені з Массачусетського технологічного інституту та лабораторії NREL запропонували дивовижну альтернативу всьому цьому – твердотілі теплові двигуни без рухомих частин із рекордним ККД.
«Однією з переваг твердотілих перетворювачів енергії є те, що вони можуть працювати за вищих температур з меншими витратами на обслуговування, тому що у них немає частин, що рухаються, — сказав один із провідних авторів дослідження. – Вони просто сидять там і надійно генерують електроенергію».
Вчені використовували напівпровідникові матеріали, з кількох шарів яких створили термофотоелектричний елемент (thermophotovoltaic, TPV), схожий на фотоелектричні елементи звичайної сонячної батареї. Як і в сонячному елементі, шари термофотоелектричного елемента поглинали фотони тільки не видимого світла, а розжареним матеріалом-накопичувачем.
Перший шар запропонованого американськими вченими TPV-елемента поглинав фотони з найвищою енергією, другий — із помітно меншою, а третій шар — у вигляді золотої пластини — відбивав залишкове теплове випромінювання назад у накопичувач тепла, не даючи йому витікати без користі назовні. Дослідний елемент зі сторонами 1 см показав рекордне для твердотілих теплових двигунів ККД – понад 40%, що вище, ніж у середньому для звичайних генераторів на парових турбінах (35%).
Досягти високої ефективності допоміг перехід на термофотоелектричні елементи, що працюють у діапазоні температур від 1900 до 2400 °C. Для запропонованих раніше TPV-елементів з меншою температурою теплоносія ККД був не вище 20 %.
За підрахунками вчених електростанція на запропонованому принципі буде комерційно вигідною з площею елементів від 1000 м 2. Накопичувачем тепла може бути графіт, що розжарюється сонячним випромінюванням. Вночі та в похмурі дні тепло можна буде перетворювати на електрику простим включенням термофотоелектричних елементів у мережу. Ця технологія зробить світ без шкідливих викидів в енергетиці, упевнені вчені.
Джерело: web.mit.edu
