محققان دانشگاه هیوستون و موسسه فناوری ماساچوست پیشرفت قابل توجهی در تولید الکتریسیته از طریق ترکیبی از تمرکز انرژی خورشیدی و مواد ترموالکتریک گزارش کرده اند.
با ترکیب نیروی خورشیدی متمرکز - که نور را به گرما تبدیل می کند و سپس برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار می گیرد - با پایه های ترموالکتریک قطعه بندی شده که از دو ماده ترموالکتریک متفاوت تشکیل شده است که هر یک در محدوده دمایی متفاوتی کار می کنند، محققان گفتند: نویدبخش فناوری جایگزین جدید انرژی خورشیدی
یافته‌های آنها در Nature Energy منتشر شده است.
ژیفنگ رن، دکتر اندرسون، پروفسور فیزیک در دانشگاه هیوستون و نویسنده مقاله، گفت که این کار روشی کم‌هزینه و غیرسمی جدید برای تولید برق را نشان می‌دهد. او گفت، در حالی که در نظر گرفته نشده است که جایگزین نیروگاه های مقیاس بزرگ شود، اما می تواند به ویژه برای مناطق ایزوله ای که در یک شبکه برق سنتی نیستند، مفید باشد، به عنوان مثال، او گفت که مجموعه های کوچکی از خانه ها یا مشاغل را تامین می کند. علاوه بر تولید برق، این فناوری همچنین می‌تواند آب گرم تولید کند که برای اهداف خصوصی و صنعتی ارزشمند است.
علاوه بر رن، سایر نویسندگان مقاله عبارتند از: گانگ چن، دانیل کریمر، کنت مک‌نانی، لی اِی واینستین و جیمز لومیس، همگی از MIT، و محققان دانشگاه UH، چینگ جی، فنگ کائو و ویشو لیو.
رن، که همچنین محقق اصلی در مرکز تگزاس برای ابررسانایی در UH است، گفت که این کار بر اساس کار قبلی محققان است که اثبات این مفهوم را نشان می دهد.برای این پروژه، که تا حدی توسط وزارت انرژی پشتیبانی می‌شود، آنها در واقع دستگاهی برای اندازه‌گیری میزان تمرکز نوری برای بهبود کارایی کلی سیستم ساختند.
آنها بازدهی 7.4 درصدی را نشان دادند اما گزارش دادند که بر اساس محاسبات آنها، دستگاه می تواند به بازدهی 9.6 درصدی دست یابد. کار قبلی آنها به بازدهی 4.6 درصد منجر شد.
"بهبود عملکرد با استفاده از پایه های ترموالکتریک تقسیم شده، یک جاذب خورشیدی انتخابی طیفی با دمای بالا که عملکرد خلاء پایدار را با دمای جاذب تا 600 (درجه سانتیگراد) و ترکیب غلظت نوری و حرارتی امکان پذیر می کند، به دست می آید." محققان نوشتند. "کار ما نشان می دهد که STEG های متمرکز (ژنراتورهای ترموالکتریک خورشیدی) پتانسیل تبدیل شدن به یک فناوری انرژی جایگزین امیدوار کننده را دارند."
برای به دست آوردن راندمان بالاتر، محققان از یک جاذب خورشیدی استفاده کردند که توسط متمرکز کننده های نوری تقویت شده بود تا گرما را افزایش داده و چگالی انرژی را بهبود بخشد.جاذب روی پایه های ساخته شده از مواد ترموالکتریک قرار گرفت. در حالی که کار قبلی آنها فقط از بیسموت تلورید - یک ماده ترموالکتریک معروف - استفاده می کرد - این نسخه از اسکودرودیت برای نیمه بالایی پاها و بیسموت تلورید برای نیمه پایینی استفاده می کرد.
مواد ترموالکتریک با بهره برداری از جریان گرما از یک منطقه گرم تر به یک منطقه خنک تر، الکتریسیته تولید می کنند. با استفاده از دو ماده، محققان گفتند که توانستند از طیف وسیع تری از دماهای تولید شده توسط جاذب خورشیدی بهره ببرند و راندمان تولید را افزایش دهند.
برای مثال Skutterudite در دماهای بالاتر از 200 درجه سانتیگراد بهترین عملکرد را دارد، در حالی که بیسموت تلوراید در دماهای کمتر از آن سطح بهینه عمل می کند.
"با تقسیم دو ماده ترموالکتریک، اسکوترودیت و بیسموت تلورید، با یک سطح انتخابی طیفی که در دمای نزدیک به 600 درجه سانتیگراد با غلظت نوری و حرارتی ترکیبی از نور خورشید کار می کند، بازده بی سابقه ای به دست می آید." آنها نوشتند.
