Наиболее распространенным способом сбора энергии от Солнца является фотоэлектрическая энергия. Эти солнечные элементы производят электричество от солнечного света, и они настолько просты, что встроены во все, от садового освещения до самой сети.
Но это не единственный выход. Солнечные концентраторы собирают тепло вместо света, фокусируя солнечные лучи, чтобы нагреть содержащуюся в них жидкость. Затем его можно использовать для выработки электроэнергии – скажем, как пар, вращающий турбину, – или более непосредственно для отопления домов или для других промышленных процессов.
Обычно эти две системы разделены, но предпринимались попытки объединить их в одно гибридное устройство, что часто приводило к снижению эффективности или увеличению стоимости. Но сейчас исследователи утверждают, что создали новый гибридный преобразователь солнечной энергии, который сочетает в себе лучшее из обоих миров.
Устройство выглядит как спутниковая тарелка, с небольшим устройством, подвешенным над центром параболического коллектора. Часть тарелки зеркально отражена и фокусирует солнечные лучи на коробке посередине. В нижней части этого раздела расположены солнечные элементы с несколькими переходами, которые собирают и преобразуют видимый и ультрафиолетовый свет в электричество.
Но самое главное, что эти элементы перенаправляют инфракрасный свет — тепловую энергию — на отдельный тепловой приемник, находящийся выше в устройстве. Этот приемник по сути представляет собой чашеобразную полость, окружающую воду под давлением, которая улавливает тепло и превращается в пар.
Команда говорит, что общий коэффициент полезного действия коллектора составляет 85,1 процента, то есть очень большое количество энергии Солнца преобразуется либо в электричество, либо в тепло. Пар можно нагреть до 248 °C, что является гораздо более высокой температурой, чем многие другие коллекторы тепловой энергии. Это означает, что он достаточно горячий для многих промышленных процессов, таких как сушка, отверждение, стерилизация и пастеризация. Другим преимуществом является цена.
Команда сообщает, что после масштабирования гибридное устройство может работать всего за 3 цента за киловатт-час. Группа, состоящая из исследователей из Университета Тулейна, Университета Сан-Диего, Университета штата Сан-Диего, Boeing-Spectrolab и Otherlab, получила дополнительное финансирование на следующий раунд разработки и планирует усовершенствовать технологию и работать над ее масштабированием для проведения опытных испытаний на экспериментальной установке.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell Reports Physical Science.