Солнечный КПД в пятьдесят процентов

Наука и технологии
Москва, 31.03.2008
«Эксперт» №13 (602)

Группа исследователей из отделения радиофизики и физической электроники физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова разработала и запатентовала наноматериал на основе углерода. Особые свойства нового материала позволяют создать дешевый, простой и эффективный термоэлектронный преобразователь — ключевой узел электрогенерирующей гелиостанции нового поколения (этот проект вышел во второй тур проходящего сейчас седьмого Конкурса русских инноваций). Теоретические расчеты ученых показали возможность достижения КПД солнечной станции не менее 50%.

Нужно признать, заявка университетских ученых на такой уровень КПД в солнечной энергетике (сопоставимый с эффективностью, например, парогазовых установок традиционной тепловой энергетики) кажется на первый взгляд довольно наглой. Основная проблема и состоит в том, что, несмотря на все старания и многомиллиардные расходы на НИОКР, многократно превышающие прок от существующих солнечных электростанций, пока не удается достичь приемлемых параметров эффективности их работы. Прежде всего это касается так называемого фотоэлектронного преобразования в полупроводниках. На полупроводниковые батареи сейчас приходится практически вся выработка солнечной электроэнергии (установленная мощность таких станций в мире немногим превышает один гигаватт). В фотоэмиссионных устройствах свет, падая на поверхность прибора, вызывает фотоэмиссию, выбивая из атомов полупроводника электроны. Основные трудности в эффективной реализации этой технологии заключаются в том, что если энергия фотона меньше так называемой ширины запрещенной зоны полупроводника (например, у кремния это 1,1 электронвольта), то энергии выбитого им электрона недостаточно для преодоления этой зоны. В результате происходит разогревание кристалла, еще более снижающего КПД всего устройства, и уменьшение его срока службы. За 50 лет развития фотоэмиссионной технологии КПД таких преобразователей сумели поднять до 20% для кремниевых преобразователей и до 30% — для устройств на основе арсенида галлия, при чрезвычайной дороговизне и недолговечности самих полупроводников.

Преобразовать солнечную энергию в электрическую пытаются и с помощью двигателя Стирлинга. В нем чередуются циклы нагревания и охлаждения рабочего тела в закрытом цилиндре, на определенной части которого фокусируется поток света. Но и здесь куча проблем: двигатель Стирлинга сложен в изготовлении, а КПД на самых совершенных устройствах не превышает 15%.

Еще один способ преобразования солнечной энергии в электрическую — парамагнитный тепловой двигатель. В таких устройствах диск (ротор) помещается в постоянное магнитное поле (магниты находятся на статоре). Часть диска нагревается солнечным лучом выше температуры Кюри (когда ферромагнетик становится парамагнетиком), в результате чего под действием магнитного поля возникает крутящий момент. Но говорить о практических результатах исследования в этой области пока еще рано.

«Устройство термоэлектронного преобразования (ТЭП) — самое простое и дешевое в производстве и

У партнеров

    «Эксперт»
    №13 (602) 31 марта 2008
    Олимпиада
    Содержание:
    Сочинцы! На коньки!

    Чтобы извлечь из Олимпиады-2014 не только политические, но и экономические дивиденды, необходимо тщательно продумать варианты использования олимпийского наследия в будущем, а также привлечь к реализации олимпийского проекта малый и средний бизнес

    Обзор почты
    Реклама