«Hi-tech подсолнух» от IBM конвертирует свет и тепло в 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 5 тысяч солнечных лучей 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.
Только зарегистрированные пользователи могут участвовать в опросе. Войдите, пожалуйста.
