Исследователи из Массачусетского технологического опубликовали работу, которая является показательным примером эффективности комбинированного подхода в использовании энергии солнечного излучения. Ученые представили высокоэффективную систему, преобразующую энергию солнца в электрическую и тепловую и обладающую низкой стоимостью при производстве.
Сами создатели определяют свое устройство как солнечную термоэлектрическую систему (HSTE). Она основана на сильно измененном принципе работы традиционных солнечных коллекторов и базируется на использовании оригинальных труб, которые располагаются в точке фокуса зеркальных желобов параболической формы.
Солнечное излучение попадает на зеркала и, отражаясь от них в виде концентрированного пучка, сообщает тепловую энергию трубкам. Примечательно, что в данном случае учеными используется не одна трубка, наполненная теплопроводящей жидкость, а целый комплекс трубок, вложенных одна в одну по принципу матрешки. По сути, верхняя трубка является защитной и играет роль теплоизолятора, то есть препятствует потерям тепла термопары в атмосферу. Тепловая энергия проходит сквозь термоэлектрические преобразователи и уходит вдоль специальной трубки к месту его полезной утилизации.
Отраженные параболическими зеркалами лучи нагревают термоэлектрическую пару, которая вырабатывает электрический ток. Избыточное тепло сбрасывается с более холодного спая термопары и, при помощи специальной трубки, выводится наружу, после чего может быть использована для различных нужд, например обогрева помещений или нагрева воды.
.Конечно, проекты по одновременному использованию солнечного света для генерации как тепловой, так и электрической энергии разрабатывались и ранее, но у всех у них был существенный недостаток – сложность устройства, а следовательно и его конечная стоимость, что делало использование подобных систем экономически нецелесообразным. Новаторы из MIT решили использовать в своей системе термоэлектрические пары, что положительно сказалось на общей простоте устройства и его стоимости.
Система обеспечивает низкий коэффициент преобразования тепловой энергии в электрический ток, однако это не является ощутимым недостатком, поскольку она направлена в первую очередь на использовании тепловой энергии, а генерация электричества является дополнительной составляющей.
Ключевой деталью устройства, обеспечивающей его универсальность, является термосифон – трубка расположенная внутри. Она содержит жидкость, способную менять фазу, за счет чего осуществляется передача тепла без использования насоса от места нагрева к теплообменнику-конденсатору.
Испытания устройства производились как в режиме компьютерного моделирования и симуляции, так и в условиях лаборатории при миниатюрных размерах. Было предпринято большое количество попыток изменения качественного состава термоэлектрического материала, результатом которых и стала HSTE.
Исследователи наглядно продемонстрировали, что при оптимальных условиях эффективность системы составляет 52.6 процента, которая достигается при концентрации солнечного света в сто раз и нижнем температурном пороге в 776К.{odnaknopka}