«Hi-tech подсолнух» от IBM конвертирует свет в тепло и электроэнергию с КПД 80%



    Сразу три компании, IBM (исследовательское подразделение из Цюриха), Airlight Energy и Dsolar (дочерняя компания Airlight), представили новое изобретение — систему, преобразующую тепло и свет в электрическую энергию. Плюс ко всему, система еще и нагревает воду, так что такой «подсолнух» выгодно ставить вблизи жилых комплексов. Система называется HCPVT (highly efficient concentrated photovoltaic/thermal).
    В конструкции HCPVT используются высокоэффективные фотоэлементы, которые могут преобразовать сфокусированные отражателями (рефлекторами) солнечные лучи с высокой температурой в фокусе в электричество. Рефлекторы для конструкции создала компания Airlight/Dsolar, а фотоэлементы предоставила IBM.

    Технологии и элементы, которые используются в конструкции, хорошо известны. Новинкой является то, что в HCPVT используются и термальный метод получения электричества, и световой (фотоэлементы).

    Отражатели представляют собой изогнутые зеркальные панели. По словам специалистов Airlight, идеальным материалом для таких панелей оказалась алюминиевая фольга. Это недорогой материал с высокой отражающей способностью. Для защиты отражателя ничего не требуется — материал достаточно надежный, хотя и очень тонкий. У «цветка» всего шесть «лепестков», каждый из которых состоит из шести отражателей. В точке фокуса 36 отражателей сосредоточено 6 коллекторов, по одному для каждого блока из 6 отражателей.



    И вот как раз коллекторы — это нечто новое. Во-первых, каждый коллектор покрыт массивом фотоэлементов из арсенида галлия (GaAs). GaAs — преобразует свет в электричество гораздо более эффективно, чем кремний (38% в данном случае, вместо 20% для наиболее продвинутых кремниевых фотоэлементов). Конечно, GaAs — гораздо более дорогой материал, чем кремний. Но в HCPVT арсенида галлия немного — ведь покрыть им нужно только точку, на которой фокусируются солнечные лучи. На каждом коллекторе HCPVT арсенидом галлия покрыто всего несколько квадратных сантиметров, и в результате мы получаем один из самых эффективных в мире фотоэлементов. Каждый коллектор генерирует около 2 КВт энергии, в общем HCPVT дает примерно 12 КВт.


    Фотоэлемент от IBM с арсенидом галлия

    Фотоэлементы, как и большинство полупроводников, теряют эффективность в процессе нагревания. GaAs может работать максимально эффективно при температуре около 105 градусов Цельсия. Но проблема в том, что если сфокусировать свет рефлекторами в одной точке, то температура поднимается гораздо выше. При проведении тестовых испытаний ученые проплавили дыру в пластине железа, сфокусировав лучи на ее поверхности. Температура поднималась выше полутора тысяч градусов. Понятно, что нужны какие-то способы снизить столь высокую температуру. Задача была решена довольно оригинально.



    Охлаждаем горячей водой


    Инженеры IBM стали использовать решение, которое уже используется компанией для охлаждения суперкомпьютеров. А именно — жидкостная система охлаждения с горячей водой. В данном случае есть отличия — использовался «водяной блок», представляющий собой кремний с микрожидкостными каналами. Таких каналов делается несколько тысяч, и по ним вода поступает к нагреваемым элементам конструкции. Такое решение позволяет значительно увеличить количество тепла, которое можно рассеять, микроканалы в этом плане гораздо более эффективны, чем обычные каналы, какие используются в стандартной системе охлаждения.

    Такие элементы крепятся на задней стороне фотоэлементов, что позволяет охлаждать площадки до требуемой температуры в 105 градусов Цельсия. В итоге получаем систему, которая производит 12 КВт электричества и 21 КВт тепловой энергии.



    Технические характеристики системы

    Недостатки


    Пока что стоимость подобной системы составляет десятки тысяч долларов, но это только тестовый образец. В дальнейшем цена «подсолнуха» будет падать, если наладить их массовое производство, и весьма значительно.

    Кроме того, работать HCPVT может только с прямыми солнечными лучами. В противном случае система будет неэффективной. У «подсолнуха», правда, есть система позиционирования, которая выставляет отражатели под нужным углом. Но тут есть еще и проблема облаков. Если их будет много, система не будет работать должным образом.

    Энергии же, вырабатываемой одним «подсолнухом», хватит для 3-4 домохозяйств, не более, причем работать все это будет всего несколько часов в сутки — пока Солнце находится над горизонтом. Для того, чтобы обеспечить потребности даже небольшого города при помощи такой системы, понадобится весьма крупный массив HCPVT.

    Ну, и главная проблема пока — это стоимость «подсолнуха», и, соответственно, себестоимость производимого электричества.
    Тем не менее, в дальнейшем HCPVT будет совершенствоваться, а себестоимость ее создания может быть снижена. Такие «подсолнухи» достаточно привлекательны, и их могут использовать отдельные компании, правительственные объекты, гостиницы и курорты.



    Solar Sunflowers, или HCPVT в 2016 году IBM с партнерами начнут поставлять потенциальным клиентам для тестирования, а их массовое производство планируется наладить к 2017 году. На фотографии, показанной выше, система представлена в полном размере. Это рабочий образец, хотя и не финальная модель.
    Как вы считаете, у такой системы есть будущее?

    Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.

    IBM 125,19
    Компания
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 13
    • +8
      > «Hi-tech подсолнух» от IBM конвертирует свет и тепло в электроэнергию с КПД 80%

      Исправьте заголовок. Правильно так: конвертирует свет в тепло и электроэнергию с КПД 80%. Это две большие разницы.
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          Да, подкорректировали, спасибо.
        • 0
          сфокусировать 5 тысяч солнечных лучей в одной точке
          — никогда такого не видел. Что бы это значило?
          • +1
            Очень много зеркал устанавливается вокруг одной башни. Есть работающие проекты, как например в Аризоне. Там не смогли найти решения, для преобразования энергии напрямую, и крутят паром турбины.
            • +1
              Луч — это направление распространения, линия, вдоль которой переносится энергия. Фокусировать в точку можно световой поток, проходящий через какую-то площадь
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
            • –1
              А что если с помощью нагрева поднимать пар на большую башню, а потом эта вода, падающая оттуда, будет давать электричество когда Солнца уже нет?
              • 0
                Вы посчитайте сколько воды надо поднять. Ну и испарение — очень энергозатратный способ поднять.
                Сейчас просто греют соль. Она плавится и здорово запасает тепло. Потом соль греет воду и дальше обычным способом крутим турбину и получаем электричество.
              • +2
                Электричество — дело хорошее, но по нему там КПД процентов 20 в лучшем случае. Часть энергии греет саму ромашку, зеркало не сплошное, часть промахивается мимо приёмника, часть тратится на систему позиционирования — такую дуру вращать довольно дорого. Те же 20% солнечного потока можно сконвертировать обычными дешёвыми кремниевыми панелями. Сделав их для дизайна любой формы, хоть ромашкой, хоть кукурузой.
                Остальное — низкопотенциальное тепло, это не энергия, это отход, на любой электростанции этого добра валом, не знают куда деть.
                Так что 80% КПД в заголовке — лукавство. Прибор ничем не лучше банальной кремниевой панели той же площади. Даже хуже — не работает под облаками.
                • 0
                  «И вот как раз коллекторы — это нечто новое. Во-первых, каждый коллектор покрыт массивом фотоэлементов из арсенида галлия (GaAs). GaAs — преобразует свет в электричество гораздо более эффективно, чем кремний (38% в данном случае, вместо 20% для наиболее продвинутых кремниевых фотоэлементов).»

                  как вы посчитали (или прочитали?) «но по нему там КПД процентов 20 в лучшем случае»?
                  • +3
                    Тут как определить КПД.
                    Я по простому, по крестьянски — есть у нас некая площадь под электростанцию, туда приходит 100% энергии солнечного света, в розетку попадает часть, остально отражается-пропускается-нагревает конструкцию. Та часть, что попала в розетку = КПД системы.
                    Можно всю площадь тупо застелить дешёвыми панелями. Получим 15-20% КПД, весь пришедший свет обработан.
                    Можно построить красивую ажурную конструкцию (часть света попало в дырки, часть нагрело опору — обратите внимание, зеркала не сплошняком. Из той части, что попало на зеркало, часть отразилась. Из того, что отразилось — часть попало на фотоэлемент (я не верю в идеально ровный солнечный зайчик квадратной формы, явно по краям часть промахивается. Из дошедшего света (максимум 70%) сделали электричество (*38%), и давай им всю конструкцию за солнцем поворачивать. Что осталось — в розетку. Будет там заметно больше 20%? Сомневаюсь. А, ещё нам надо жидкость через микропоры гонять, а чем тоньше канал, тем больше нужно давление. Туда-то остаток электричества и уйдёт. В остатке получили тёплую воду. Согласитесь, что из солнечного света тёплую воду можно получить существенно проще, достаточно чёрной трубы. Я так бассейн грею, дёшево и сердито.
                • 0
                  Надеюсь разработка станет массовой, тогда возможно скоро появятся автомобили и летательные аппараты, работающие на солнце.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое