Австралия может столкнуться с отключениями электроэнергии и резкими скачками цен на энергию, если тщательно не спланирует переход на возобновляемые источники энергии. natsuki/Unsplash | Epoch Times Россия
Австралия может столкнуться с отключениями электроэнергии и резкими скачками цен на энергию, если тщательно не спланирует переход на возобновляемые источники энергии. natsuki/Unsplash

Найден метод использования солнечной энергии ночью

Новое изобретение может устранить необходимость в батарее
Автор: 07.06.2022 Обновлено: 07.06.2022 10:11
Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Австралия, обнаружили способ генерировать электричество из солнечной энергии в ночное время, потенциально преодолев проблему прерывистости солнечной возобновляемой энергии.

Днём Земля нагревается, когда на неё попадает солнечный свет, а ночью это тепло излучается в холодное космическое пространство в виде инфракрасного света. Исследовательская группа из Школы фотовольтаики и возобновляемой энергетики UNSW сумела выработать электричество из этого излучаемого тепла. Для этого команда использовала терморадиационный диод, который сделан из тех же материалов, что и очки ночного видения.

«Мы провели однозначную демонстрацию получения электрической энергии из терморадиационного диода», — заявил в пресс-релизе UNSW доцент Нед Экинс-Даукс, возглавляющий группу исследователей.

«Используя тепловизионные камеры, можно увидеть, сколько излучения происходит ночью, но только в инфракрасном, а не в видимом диапазоне волн», — сказал он.

«Мы сделали устройство, которое может генерировать электрическую энергию за счёт инфракрасного теплового излучения».

Терморадиационный диод вырабатывает электричество путём создания потока энергии через разницу температур, которая возникает, когда горячий инфракрасный свет излучается в более холодную область, например, в ночной воздух.

«Всякий раз, когда существует поток энергии, мы можем преобразовать его в различные формы», — говорит Экинс-Даукс.

«Подобно тому как солнечный элемент может вырабатывать электричество, поглощая солнечный свет, излучаемый очень жарким солнцем, терморадиационный диод вырабатывает электричество, излучая инфракрасный свет в более холодную среду», — говорит Фиби Пирс, соавтор статьи об открытии.

«В обоих случаях разница температур — это то, что позволяет нам генерировать электричество».

Пирс добавила, что терморадиационный процесс похож на фотовольтаику — прямой процесс преобразования солнечного света в электричество — в том смысле, что он был создан людьми для использования солнечной энергии.

«Мы перенаправляем энергию, текущую в инфракрасном диапазоне, с тёплой Земли в холодную Вселенную».

Количество энергии, которое генерируется с помощью терморадиационного диода в настоящее время, примерно в 100 тыс. раз меньше, чем энергия, вырабатываемая солнечной панелью.

«Устройство работает за счёт притягивания электронов в полупроводник при испускании теплового излучения», — сказал Экинс-Даукс в электронном письме The Epoch Times.

«В идеале это единственный процесс, но, к сожалению, в реальных полупроводниковых материалах существуют и другие паразитные способы, с помощью которых электроны могут добраться до энергетических уровней, отвечающих за излучение света».

«Нашему устройству удаётся привлечь один электрон на каждые 100 испускаемых фотонов (частиц света). Если мы сможем улучшить полупроводниковое устройство, то сможем приблизиться к соотношению один к одному».

Результаты исследования UNSW подтверждают процесс, который до сих пор был теоретическим, и приближают мир к разработке более эффективной и специализированной технологии, позволяющей улавливать ночную солнечную энергию в гораздо больших масштабах.

Экинс-Даукс сравнил работу его исследовательской группы с работой инженеров из Bell Labs, которые в 1954 году продемонстрировали первую солнечную панель, достаточно эффективную для практического использования. По данным Американского физического общества, эффективность солнечной панели Bell Labs составляла около 6%, однако это устройство привело к разработке элементов, способных преобразовывать около 40% энергии солнечного света в электричество.

Он сказал, что следующим шагом команды станет разработка устройств, предназначенных для увеличения выработки энергии от излучения инфракрасного света.

«В настоящее время мы используем фотодиод из сплава теллурида ртути и кадмия (HgCdTe), который применяется в качестве датчика в приборах ночного видения».

«Мы перейдём на систему составных полупроводников III–V, с которой легче работать и которая позволяет нам больше контролировать архитектуру устройства, — сказал Экинс-Даукс. — Сейчас наше устройство работает на уровне 1/10 000 от своего потенциала, поэтому есть значительные возможности для улучшения».

Исследовательская группа считает, что новая технология будет иметь множество практических применений, обеспечивая энергию невозможными в настоящее время способами.

Экинс-Даукс сказал, что в принципе тепло тела, которое светится при просмотре через тепловизор, может быть преобразовано в энергию с помощью новой технологии.

«В настоящее время мы демонстрируем терморадиационный диод с относительно низкой мощностью».

«В перспективе эта технология может собирать такую энергию и устранить необходимость в батареях в некоторых устройствах — или помочь зарядить их. Это не те случаи, где обычная солнечная энергия будет жизнеспособным вариантом».

Технология, устраняющая необходимость в батарее или создающая перезаряжаемую батарею, особенно полезна для бионических устройств, таких как искусственные сердца, в настоящее время питающиеся от батарей, которые необходимо регулярно заменять.

«Продемонстрированный нами диод может питать наручные часы от тепла тела, если его увеличить до размеров часов», — говорит Экинс-Даукс.

Кроме того, устройство с некоторыми усовершенствованиями может бесшумно подавать электроэнергию ночью «с очевидным применением в военных операциях, где электроника может нуждаться в питании без шумного дизельного генератора».

«Наконец, при наличии дешёвого, нетоксичного, масштабируемого полупроводникового материала можно было бы объединить терморадиационный диод с солнечным фотоэлектрическим устройством, генерируя электроэнергию от солнечного света днём и терморадиационную энергию ночью».

По его словам, если терморадиационная энергия будет использоваться в сочетании с солнечными батареями, то мощность, вырабатываемая ночью инфракрасным светом, будет составлять около 10% от мощности, вырабатываемой днём солнечным светом.

«Даже если до коммерциализации этих технологий ещё далеко, быть в самом начале развития идеи — это такое захватывающее дело для исследователя», — сказал Майкл Нильсен, соавтор статьи.

«Используя наши знания о том, как проектировать и оптимизировать солнечные батареи, и заимствуя материалы из существующих фотоприёмников среднего инфракрасного диапазона, мы надеемся на быстрый прогресс в осуществлении мечты о получении солнечной энергии в ночное время».

Исследовательская группа UNSW надеется, что лидеры промышленности осознают потенциал ночной солнечной технологии и поддержат её развитие.

«Я думаю, чтобы эта технология стала прорывной, мы не должны недооценивать необходимость вмешательства промышленности, которая действительно бы стимулировала её развитие», — сказал Экинс-Даукс.

«Я бы сказал, что ещё предстоит провести около десяти лет университетских исследований. А затем нужно, чтобы промышленность подхватила разработку, — сказал он. — Если промышленность увидит, что это ценная для них технология, то прогресс может быть очень быстрым».

«Чудо солнечной энергетики сегодня — это заслуга всемирно известных исследователей, таких как профессор Мартин Грин из UNSW, а также промышленников, которые собрали большие денежные средства для расширения производства».

Это исследование основано на ранней работе другой группы, куда входил соавтор данного исследования Андреас Пуш, разработавший математическую модель, ставшую основой для экспериментов. Результаты исследования, лежащие в основе открытия команды, опубликованы в журнале ACS Photonics.

 

Комментарии
Дорогие читатели,

мы приветствуем любые комментарии, кроме нецензурных.
Раздел модерируется вручную, неподобающие сообщения не будут опубликованы.

С наилучшими пожеланиями, редакция The Epoch Times

Упражения Фалунь Дафа
ВЫБОР РЕДАКТОРА