Солнечная энергетика » Научные разработки

Опытная система, на которой исследователи проверяли свои теоретические построения (фото: Dominick Reuter)

Учёные из Массачусетского технологического института показали, что сочетание в одном устройстве выработки электричества и тепла позволяет получить хорошую эффективность преобразования энергии солнечных лучей при умеренной стоимости установки.

Авторы называют своё изобретение гибридной солнечной термоэлектрической системой (HSTE). В её основе лежит известный принцип работы солнечных коллекторов — труб, расположенных в фокусе параболических зеркальных желобов.

Однако принцип этот был существенно изменён. Вместо одной трубки с теплоносителем здесь под яркий свет подставляется матрёшка из трубок, вложенных одна в другую.

Лучи нагревают горячую сторону термоэлектрической пары, вырабатывающей ток (набор таких контактов формирует основную трубу в наборе). А лишнее тепло, сбрасываемое с холодного спая термопары, уходит по внутренней трубке в сторону и может быть применено для обогрева воды в здании (горячее водоснабжение, отопление).

Ране инженеры и учёные предлагали получать от солнечных лучей электроэнергию и тепло сразу за счёт разных комбинаций фотоэлектрических ячеек и машинных методов преобразования энергии (паровые турбины, стирлинги), но новаторы из Массачусетского технологического полагают, что термоэлектрические пары – проще и, главное, гораздо дешевле.

И не беда, что КПД преобразования солнечного тепла в ток невысок. В новой системе основной продукцией будет всё же тепловая энергия, а электричество – дополнительной.

Ключевая деталь HSTE — термосифон, передаёт PhysOrg.com. Это самая внутренняя трубка в наборе. Она содержит жидкость, меняющую фазу, за счёт чего происходит пассивное (без применения насоса) перемещение тепловой энергии от участка с зеркальным жёлобом к той части трубы, где находится теплообменник-конденсатор.

Для проверки своей идеи разработчики HSTE использовали как компьютерное моделирование, так и небольшую лабораторную установку. Они пробовали на роль термоэлектрических материалов теллурид висмута, теллурида свинца, кремний и германий. А для стенок термосифона и рабочей жидкости внутри подбирались свои пары: медь-вода, нержавеющая сталь-ртуть, никель-калий.

Исследователи показали, что оптимизируя систему, её суммарную эффективность можно поднять до 52,6% при концентрации солнечных лучей в 100 раз и нижней температуре цикла в 776 К.

Детали работы можно найти в пресс-релизе института и статье в журнале Solar Energy.

MEMBRANA