Эффективная и недорогая система производства энергии ночью

Исследователи разработали внесетевой недорогостоящий модулярный источник энергии, который может эффективно работать ночью. Система использует доступные в продаже технологии и может в конечном итоге помочь достичь требуемой цели по генерации энергии в ночное время в городах или обеспечить освещение в развивающихся странах.

Хотя солнечная энергия обладает многими преимуществами, ее применение сильно зависит от распределения солнечного света, которое во многих местах может быть ограниченным, и который совсем недоступен ночью. Системы, которые хранят энергию, произведенную днем, обычно дороги, повышая тем самым стоимость применения солнечной энергии.

Исследователи под руководством Шанхой Фань (Стэнфордский университет) в попытках найти более недорогую альтернативу обратили внимание на радиационное охлаждение. Этот подход заключается в использовании разницы температур между теплом, поглощаемым из окружающего воздуха и эффектом радиационного охлаждения холодного пространства для генерации электричества.

В журнале Оптического общества Optics Express исследователи теоретически продемонстрировали оптимизированный подход к радиационному охлаждению, который способен вырабатывать 2,2 Вт на квадратный метр посредством монтированного на крыше устройства, для работы которого не нужна батарея или иной внешний источник энергии. Это количество энергии примерно в 120 раз превышает экспериментальные полученные количества и достаточно для питания модульных сенсоров, например таких, которые установлены в целях безопасности или контроля состояния окружающей среды.

«Мы работаем над получением высокопроизводительной, устойчивой генерации света, которая может обеспечить всем – включая жителей развивающихся стран и сельских местностей – доступ к надежному и устойчивому недорогому источнику энергии для работы освещения», — заявляет Линглинг Фэн, первый автор статьи. «Модульный источник энергии также может питать не подключенные к сети сенсоры, используемые в различных сценариях, а его можно использовать, чтобы конвертировать вторичное тепло от автомобилей в энергию, которую можно как-то применить».

Одним из наиболее эффективных способов генерации электричества с использованием радиационного охлаждения является применение термоэлектрического генератора. Эти устройства используют термоэлектрические материалы для выработки энергии, конвертируя разницу температур между источником тепла и холодной стороной устройства или радиационным охладителем в электрическое напряжение.

В новой работе исследователи оптимизировали каждый этап термоэлектрической генерации энергии для максимизации ночного производства энергии устройством, которое может быть установлено на крыше. Они улучшили процесс аккумулирования энергии таким образом, что в систему поступает больше тепла от окружающего воздуха, а также использовали новые доступные в продаже термоэлектрические материалы, которые улучшают эффективность использования этой энергии устройством. Они также рассчитали, что термоэлектрический генератор электричества, занимающий квадратный метр на крыше, может достичь наилучшего соотношения между потерями тепла и термоэлектрической конверсией.

«Одним из наиболее важных нововведений стала разработка селективного излучателя, который прикреплен к холодной стороне устройства», — говорит Вей Ли, член группы исследователей. «Это оптимизирует процесс радиационного охлаждения так, что генератор энергии может более эффективно утилизировать излишки тепла».

Исследователи продемонстрировали новый подход с помощью компьютерного моделирования для симулирования системы с реалистичными физическими параметрами. Модели достоверно воспроизвели результаты предыдущих экспериментов и показали, что оптимизированная система, разработанная исследователями, может приблизиться к максимальной расчетной эффективности термоэлектрической генерации.

Кроме проведения экспериментов, исследователи также изучают оптимальные решения для работы системы не только ночью, но и днем, что может расширить практический потенциал применения системы.

Эта работа спонсирована Департаментом энергетики США (грант No. DE-FG02-07ER46426).

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200813152246.htm

ООО "Авентин"

ИНН 7801396710, КПП 770501001,
ОКПО 79703710, ОГРН 1057813267258
Адрес: 115093, Москва, ул. Люсиновская, д. 36, стр. 1
Телефон: +7 (499) 705-14-84, E-Mail: info@aventine.ru