24 مه 2024-سلول های ترموفوولتائیک بازده ذخیره سازی حرارتی 44 درصد را به دست می آورنداعتبار: برندا آهرن، مهندسی میشیگان.
دانشمندان به پیشرفتی پیشگامانه در سلول های ترموفوولتائیک دست یافته اند که ممکن است ذخیره سازی گرما را متحول کند.
محققان دانشگاه میشیگان در حال نزدیک شدن به حداکثر بازده نظری برای تبدیل گرما به الکتریسیته، نزدیک شدن به کاربردهای عملی شبکه و نویدبخش پیشرفت های قابل توجه در فناوری ذخیره سازی گرما هستند.
تولید انرژی خورشیدی و بادی همیشه با الگوهای مصرف همخوانی ندارد و نیاز به راه‌حل‌های موثر ذخیره‌سازی انرژی دارد.
آندری لنرت، دانشیار مهندسی شیمی در دانشگاه میشیگان، گفت: «از آنجایی که ما بخش‌های بیشتری از انرژی‌های تجدیدپذیر را برای دستیابی به اهداف کربن‌زدایی ترکیب می‌کنیم، به هزینه‌های کمتر و مدت زمان طولانی‌تری برای ذخیره انرژی نیاز داریم.»
باتری‌های گرمایی می‌توانند انرژی تجدیدپذیر متناوب را در ساعات اوج تولید ذخیره کنند و بعداً با استفاده از یک نسخه حرارتی سلول‌های خورشیدی به نام سلول‌های ترموفوولتائیک، آن را به برق تبدیل کنند.
سلول های ترموفوولتائیک: تبدیل انرژی کارآمد
سلول های ترموفوولتائیک، مشابه سلول های خورشیدی، تشعشعات الکترومغناطیسی را به الکتریسیته تبدیل می کنند، اما از فوتون های مادون قرمز کم انرژی استفاده می کنند.دستگاه جدید بازده تبدیل انرژی 44% در دمای 1435 درجه سانتیگراد را بدست می آورد که از راندمان 37% قبلی فراتر می رود.
استفان فارست، استاد مهندسی برق دانشگاه پیتر فرانکن در دانشگاه میشیگان، توضیح داد: «این شکل غیرفعال باتری است.
برخلاف سلول‌های الکتروشیمیایی، نیازی به استخراج لیتیوم ندارد و از رقابت با بازار خودروهای الکتریکی اجتناب می‌کند.برخلاف ذخیره‌سازی برق آبی، می‌توان آن را در هر مکانی بدون نیاز به منبع آب مستقر کرد.
در یک باتری حرارتی، سلول های ترموفوتوولتائیک بلوکی از مواد گرم شده را در دمای بیش از 1000 درجه سانتی گراد احاطه می کنند.این دما را می توان با عبور برق از منابع تجدیدپذیر از طریق یک مقاومت یا با جذب گرمای اضافی حاصل از فرآیندهای صنعتی به دست آورد.
استفاده از برق برای گرم کردن چیزی در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی ساده و ارزان است. این رویکرد دسترسی به بسیاری از مواد مختلف را برای ذخیره سازی حرارتی فراهم می کند.در دمای 1435 درجه سانتی گراد، حدود 20 تا 30 درصد از فوتون های حرارتی ساطع شده از مواد ذخیره سازی انرژی کافی برای تولید الکتریسیته در سلول های ترموفتوولتائیک دارند.نکته کلیدی بهینه سازی مواد نیمه هادی برای گرفتن طیف وسیع تری از انرژی های فوتون بود.برای جلوگیری از اتلاف انرژی از فوتون‌های خارج از محدوده نیمه‌رسانا، محققان یک ساختار «پل هوایی» با یک لایه نازک هوا و یک بازتابنده طلا ایجاد کردند.
این طرح فوتون‌ها را با انرژی‌های مناسب برای نیمه‌رسانا به دام می‌اندازد و دیگران را برای گسیل مجدد به مواد ذخیره‌سازی بازتاب می‌دهد.بهبود اخیر شامل دو پل هوایی، کارایی طراحی را افزایش داد و محدوده دمای مفید باتری‌های حرارتی را افزایش داد.
فارست در مورد فناوری ذخیره سازی گرما ابراز خوش بینی کرد: «ما هنوز به حد مجاز کارایی نرسیده ایم.
من مطمئن هستم که به زودی به بازدهی بالاتر از 44 درصد دست خواهیم یافت و به 50 درصد نزدیک خواهیم شد.»
تیم دانشگاه میشیگان برای حمایت از حق ثبت اختراع درخواست داده است و به دنبال شرکای برای ارائه این فناوری به بازار است، با هدف تغییر ذخیره سازی گرما و حمایت از اتکای فزاینده به منابع انرژی تجدید پذیر.
