GreenTech-BG

Българският сайт за зелени технологии

Нов метод за конверсия на слънчева енергия с до 60% ефективност

August 4, 2010

Нов процес на конверсия на слънчевата енергия в електричество е разработен и потвърден от инженерите от Станфорд и може да удвои ефикасността на производството на соларна електроенергия.
В този нов процес се използват едновременно и светлината, и топлината на слънчевотото греене. Нарича се „photon enhanced thermionic emission,“ или PETE и има потенциала да намали цената на соларната енергия до нива да бъде конкурентна на петрола като енергиен източник.

За разлика от фотоволтаиците, които стават по-малко ефективни с повишаването на температурата, при новия процес по-високата температура означава по-добра продуктивност.

„Това наистина е фундаментално откритие, принципно нов процес на конверсия на енергията, не просто нов материал или техническа хитрост“ – казва Nick Melosh, ръководител на изследователския екип.

Материалите, необходими за изработване на новия тип слънчеви панели са евтини и широко разпространени, което е още една причина за ниската цена на добиваната енергия.

Статията, описваща експериментите, проведени от изследователите беше публикувана на 1-ви август в авторитетното научно списание Nature Materials. Учените демонстрират не само процеса, но и физическия механизъм, който стои зад него.

Традиционните фотоволтаици използват полупроводников материал като силиция, за да конвертират енергията от фотоните на светлината в електричество. Но този тип клетки „улавят“ само малка част от енергията на светлината, която попада върху тях. Останалата част се превръща в топлина.

Екипът на Melosh нанася тънък слой от цезий върху полупроводникова основа и получената соларна клетка може да конвертира в електричество едновременно и топлината, и светлината. Колкото по-висока е температурата, толкова по-ефективна е PETE-клетката, с пикова производителност при температура над 200 C.

При това положение PETE-клетките няма да може да се монтират на покривите, а по-скоро ще се ползват в параболични соларни концентратори, където температурите обичайно достигат до 800 С. Така те биха могли да се ползват едновременно с това в централи като сегашните термални централи, където се насочват множество огледала/параболични концентратори и загряват вода(соли или специални разтвори), които въртят традиционни турбини. Подобни хибридни концентратори са още една възможност за снижаване цената на генерираното електричество.

„PETE-клетката ще генерира електричество от слънчевата светлина и топлина, а от неизползваната слънчева енергия ще се захранва традиционната термална система“ – описва принципа на една бъдеща хибридна централа, която интегрира РЕТЕ-технологията към традиционна термална централа Melosh.
Неговият екип е изчислил, че използването само на соларни концентратори с РЕТЕ-клетки означава 50% ефикасност, докато при комбинация с термична конверсия тя би се покачила до 55, даже 60% – почти 3 пъти повече от сегашните системи.

Екипът от Станфорд планира да конструира РЕТЕ-клетките така, че те лесно да се монтират към същесвуващите термални централи, което ще направи тяхното излизане на пазара относително евтино.

Изследването е финансирано  в рамките на Global Climate and Energy Project на Stanford Institute for Materials and Energy Science, с подкрепата на Department of Energy и Defense Advanced Research Projects Agency.

По материали от: news.stanford.edu

Био на автора: Севдалина Пеева:
Публикувам в Greentech-BG от февруари 2008 с фокус зелени технологии и иновативни решения, които ще помогнат да живеем в един по-чист свят.
Теми: алтернативна енергия, ВЕИ, енергия от слънцето, чиста енергия

  1. Попов
    05 Aug 10
    5:24 pm

    Брей, това ако е истина… 🙂

    Само да добавя, че освен параболичните не са за подценяване и френеловите концентратори.

    Севдалина, не си права за покривите – може и да може. 😉

  2. Tonchev
    07 Aug 10
    12:18 am

    1.Всички видове лещи и концентратори имат икономически смисъл при пряка светлина – територията на България далеч не е този случай.
    2. По принцип превръщането на топлина пряко в електричество е не много ефективен процес, но дори и да стане по-ефективен следва да стане и по-евтин. Така стана с фотоволтаиците – бяха скъпи и неефекетивни. Фотоволтаиците и сега не са много ефективни – под 20 % в добрия случай на пазарно предлаганите, но много поевтиняха- Имайте предвид, че ефективността на ТЕЦ и АЕЦ е около 30%, ако не се оползотворява топлината и тук може да имат място новите клетки, но проблемите с екологията са старите.
    Вижте повече на http://www.b2b.bg/solar.html

  3. Попов
    08 Aug 10
    8:57 am

    Удивен съм от липсата на коментари, сигурно хората са в отпуски.
    Иначе новината е като взривяване на водородна бомба! 50% е далеч над всичко познато досега и то без движещи се части и сложни механизми. Това откритие удря в земята всякакви стърлингови чинии и фотоволтаици.
    Тончев, досега превръщането на топлината в електричество може и да не е бил ефективен процес, но както се вижда това вече е история. А и хората казват, че материалите не са скъпи.

    Мога само още веднъж да кажа – уау! Бъдещето сега изглежда по-светло.

  4. Tonchev
    09 Aug 10
    2:34 pm

    Без съмнение, има и ефективни процеси на превръщането на топлината в електричество, но на пазара тях ги няма. Съобщенията по медиите не доказват ефективност и конкурентност, а пазара. Особено, ако изследванията са спонсорирани.
    Иначе винаги можем да бъдем оптимистни. Попов, по-принцип човекът е устроен така, че да очаква по-доброто. Това е резултат от еволюцията, вероятно, и от детските приказки и от филмите с щастлив край ….. ..

    Такива, и всякакви други, прости системи за производство на ток имат най-успешно приложение в децентрализираната енергетика – вижте на
    http://www.tonchev.org/distrbg.html

  5. Попов
    09 Aug 10
    3:53 pm

    Тончев, имай предвид, че става дума за университета Станфорд, а не за някой селски тарикат.
    Ако откритието е на 10 дена нямам как пазара да е дал някаква оценка по обясними причини.
    Иначе си прав – децентрализация, децентрализация и още веднъж децентрализация.

    Електрификация + съветска власт = комунизъм 🙁
    Електрификация + децентрализация – съветска власт = светло бъдеще

    😉

  6. Tonchev
    09 Aug 10
    5:23 pm

    Попов
    Постигането на висока ефективност от фотоволтаиците, нито е новост, нито е необичайно. Един от многото проблеми преди търговските прототипи са изпитанията им на стареене, което става в сертифицирани лаборатории. При тези изпитания често се установява бърза деградация. Утвърдените фотоволтаици имат 25 годишна гаранция за над 80%, спрямо генерацията им в началото. Трудно е да се намери друга масова енергийна машина с такава безремонтна гаранция. А пък пазарът иска доказана безремонтна гаранция и конкурентна цена. Ефективността е повече екстра, ако не се отрази в крайната цена.
    Забележи, че в статията не пише нищо за устойчивостта им във времето при тези сравнително високи температури.И още, че пише за съвместната им работа с ТЕЦ – къде отива е екологиятя, а може би и сигурността при работата им като самостоятелин електрогенератори.

    Давам пример 1 – Електрическата кола е измислена далеч преди тази с двигателя с вътрешно горене, Но тя не се е наложила и до днес, защото призводителите не могат да дадат твърди гаранации за пробега с едно зареждане. А никой не иска да спре там, където не може да зареди. Изходът засега е намерен в хибридните коли, включително и по български патенти – виж на http://www.b2b.bg/bgcar.html

    Давам пример 2 – поршетата са най-сигурните автомобили с най-дълги гаранции, но не са нито най-икономичните, нито най-ефективннте, нито най-екологичните и нито най-евтините – обратното.

    Ако тези клетки излязат на пазара, то електрическите коли по-бързо ще пробият, защото ще бъдат облепени с тях ще имат повече и по-евтин ток за движението им. И всякакво охлаждане на ел мотора и спирачките им, например, също ще генерира ток. ще бъдат по-ефективни и хибридите и …….

  7. Попов
    09 Aug 10
    7:42 pm

    Тончев, знаеш колко процента средно ефективност имат фотоволтаиците и какво става като се нагреят. Добавяме цената на силиция и картинката става не много красива. Дотолкова, че за да има рентабилност трябват значителни субсидии, което пък настройва обществото (особено у нас) срещу ВЕИ.
    При РЕТЕ става дума за концентриране в малка област на слънчевата енергия, което става с огледала, които са сравнително евтини. Евтини, казват от Станфорд, били и материалите за соларните клетки. Съгласен съм, че издръжливостта тепърва ще се изследва. Но дори и да се амортизират за няколко години, ако са евтини няма да е голям проблем да се подменят, а и ще бъдат малки като площ.
    Това за ТЕЦ-а не го разбрах. Под „екологичен“ разбирам да ползва ВЕИ и да не замърсява природата.
    Под „децентрализация“ имам предвид не да се откачим от мрежата, а да не могат големите монополи да диктуват цените както си искат. Т.е. произвеждаш ток вкъщи и излишъка отива в мрежата (в комшиите, за ПАВЕЦ ако щеш). Така и загубите ще са по-малки. Когато е мрачно се ползват ВЕЦ, вятър, биомаса и т.н.
    Доколкото знам електрическата кола навремето не се е наложила поради 2 причини:
    1. Липса на подходящи батерии (да не говорим за управляваща електроника).
    2. Евтин петрол.
    Сега нещата са обърнати – скъп петрол + автоматика + що-годе добри батерии.
    Дали РЕТЕ технологията може да се внедри в ел. коли не знам. Охлаждането от въздуха ще свали КПД, но ако докара до 25-30% може и да има полза.

    🙂

  8. Tonchev
    09 Aug 10
    8:36 pm

    „Под „екологичен“ разбирам да ползва ВЕИ и да не замърсява природата“.

    Именно затова не следва да се обвързват ВЕИ с ТЕЦ

    За хибридните коли виж прототипи на http://www.b2b.bg/bgcar.html

    За Интернет модела на децентрализираната енергетика
    виж http://www.tonchev.org/distrbg.html

    Ефективността е важна, но ако тя се губи с времето, по-важно е времето, през която тя ще бъде висока. За това не става въпрос в статията изобщо. Няколко години е твърде кратък период, за който може да се изплати една инвестиция в енергетиката. При положение, че сега безремонтната гаранция за фотоволтаиците 25 години, а те могат да работят и 30, да кажем със 70% от началното си кпд.

  9. Попов
    09 Aug 10
    11:17 pm

    Тончев, не знам къде го видя тоя ТЕЦ. В статията става дума да се монтират РЕТЕ клетки към съществуващи вече термосоларни инсталации (доколкото разбирам на фокусните тръби), които така или иначе правят пара. Просто перфектно!

  10. Tonchev
    10 Aug 10
    2:04 pm

    ТЕЦ е топлоелектрическа централа -прави пара и върти турбини, които правят ток. Приложимо е за всеки ТЕЦ също. Пише го в други статии по темата – виж гугъла
    А примерът в статията е неубедителен:
    След като новите клетки директно дават 60% ефективност, защо им е да се комбинират с други соларни технологии, които са по-ниско ефективни ?.
    Има нещо гнило …..
    Или става въпрос за висока ефективност само при високи температури – т.е. задължително лещи, концентратори и т.н. и разбира се тракери, които да ги насочват винаги срещу слънцето. Всичко това може да е ефективно само там, където има пряко слънцегреене целогодишно. например в Космоса, евентуално в Сахара. Масовата консумация на ток не е там, а преносът е скъп е не винаги надежден – а сега и тероризъм. Високотемпературните системи са по-рискови по принцип. Решенинето е прости нискотемпературни и гарантирано сигурни слънчеви системи, работещи добре и при дифузно осветление, за да са най-близко до консуматора – виж повече на http://www.tonchev.org/distrbg.html

  11. Попов
    10 Aug 10
    2:33 pm

    Е, хубаво де, Тончев, стига с тия реклами. 🙂

    ТЕЦ ясно какво е, но за повечето хора това подразбира въглища. Термосоларните централи също са вид ТЕЦ, но все пак са известни под първото си име, за да има ясно разграничение.
    А причината РЕТЕ клетките да се комбинират с термосоларните концентратори е много проста – те вече са построени. Нали няма да хвърлиш цялата инсталация с турбината като можеш да изсмучеш 10-15% ефективност от нея? РЕТЕ ти преобразуват 50%, поддържаш тръбата на 250 градуса (за да работи клетката в пиков режим), а когато започне да загрява над това, извличаш топлината под формата на пара за турбината.
    За нови централи може би няма да си заслужава да извличаш тия 10-15%, щото така или иначе 50% е чудовищно много, а парната инсталация струва скъпо и изисква солидна поддръжка.
    Да предположа ли, че ако новината не е партенка, Дезертек ще бъде с РЕТЕ клетки и без парни турбини? 🙂

  12. Tonchev
    10 Aug 10
    3:18 pm

    Аз уточних ТЕЦ за повечето хора. За тебе няма да уточнявам какво е пара. Твоите разсъждения за пара, очевидно имаш предвид водна. В този случай, тя може да бъде разделена поне на два вида – не само по температура, а и по налягане – виж този японски патент 2010
    http://v3.espacenet.com/publicationDetails/biblio?DB=EPODOC&adjacent=true&locale=en_EP&FT=D&date=20100805&CC=WO&NR=2010
    086898A1&KC=A1

    В ТЕЦ може да има и не водна пара. Примерно фреон, който се изпарява при ниска температура и нормално налягане.
    У нас приложение на тези клетки при соларни ТЕЦ сега няма да има, защото няма такива ТЕЦ. И в Германия ги няма, нищо че е пионер в слънчевата енергетика. Такива клетки у нас и в Германия и във Франция и в ….веднага могат да имат приложение в сегашните ТЕЦ и АЕЦ, който е вид ТЕЦ.

  13. Tonchev
    10 Aug 10
    3:58 pm

    Ефективното и евтино превръщане на никотемпературна топлина в електричество е в състояние да направи революция в енергетиката и индустрията. Но случаят в статията не е тъкав. Става въпрос за сравнтелно високи температури.
    По принцип всички ВЕИ са с малка енерегийна плътност и затова ефективността им при токогенерация е ниска. Затова в статията дават пример с концентрация на ВЕИ (слънцето) стотици пъти. Но при неконцентрирано слънце не казват каква е ефективността, защото очевидно е ниска.

    Перспективни са разработките, които да увеличат к.п.д. на сегашните типове фотоволтаици при естествено осветление. При тях има резерви, защото тънкослойните, например, имат около 10% ефективност. А с концентратори преминават 30%.

    Естественото осветление, допълнено с плоски отражатели (не концентратори), може да увеличи токопроизводството от сегашните нискотемпературни фотоволтаици около 2 пъти. Но при пряка светлина само и ако е студено.

  14. Tonchev
    23 Aug 10
    9:03 pm

    Известно е, че увеличаването на електропоризводството от конвенционалните фотоволтаици става, като те се местят през деня така, че да получават повече пряка светлина. Те могат да приемат допълнителна светлина, ако към тях са монтирани рефлектори (огледала). Годишното електропроизводство се увеличава около 2.5 пъти, в сравнение с неподвижно монтирани панели без рефлектори. Вижте снимки и видео на http://www.b2b.bg/solar.html

  15. atanas
    29 Mar 11
    9:17 am

    Става въпрос за “.. да се конструира РЕТЕ-клетките така, че те лесно да се монтират към същесвуващите термални централи“ и РБ-я има много и трябва да се затварят 2300MW – kaза екс-м-р Овчаров.ТЕЦ е топлоелектрическа централа -прави пара и върти турбини, които правят ток. Нагряването на водата до пара може и от слънцето и за това говорим да се приспособят сегашните ТЕЦ на РБ-я – “.. да се конструира РЕТЕ-клетките така, че те лесно да се монтират към същесвуващите термални централи“ или по технологичта на доцента да се нагрява водата ,и синтетичният петрол и газ е друга тема http://e-vestnik.bg/5609

  16. VODOROD25
    26 Feb 12
    12:49 am

    Уважаеми господа коментатори, не е зле преди направените от вас коментари
    да си бяхте изяснили термина що е ПОВЪРХНОСТНО ТОПЛИННО НАТОВАРВАНЕ,
    който е много съществен за слънчевите термални централи с висока степен
    на концентрация на слънчевите лъчи. Това, което биха искали авторите на
    разработката да постигнат интегрирайки тези РЕТЕ клетки със съществуващи
    или спряни ТЕЦ еее, меко казано, твърде непостижимо. По-скоро биха намерили
    приложение за комбинирано производство на електроенергия в чисто параболичните чинии като РЕТЕ – клетките да не се разполагат точно във фокуса.
    Без активно или водно охлаждане температурите във фокуса (ресивера) могат да
    достигнат няколко хиляди градуса. След като коментирате такива централи, знаете ли що е това центроид, А ? Бъдете поне като Тончев по-критични и по-резервирани към казаното като добро пожелание в статията.

  17. Tonchev
    26 Feb 12
    10:27 am

    цитат от статията:
    „В този нов процес се използват едновременно и светлината, и топлината на слънчевотото греене“
    Две бележки
    1. Процесът не е нов
    2. Той не е доказано ефективен
    Главният проблем идва от ползването на концентратори
    Те не могат да се приложат масово в средните географски ширини, където е центърът на консумацията на енергия, защото светлината там е по-скоро разсеяна, отколкото пряка.
    Затова практически е доказано, даже и у нас, че баналаните тънкослойнии фотоволтаици са най-ефективни
    А нищо не ппречи и с тях да се прави когенерация- ток и топлина от слънцето с доказано високо КПД
    вижте как става това по един мой патент
    http://www.b2b.bg/65691.pdf

Добавете коментар

XHTML: You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>