Технология, которая позволит аккумулировать энергию в темноте.
Исследователи совершили прорыв в технологии возобновляемых источников энергии, произведя электричество из так называемой «ночной» солнечной энергии.
Команда из Школы фотоэлектричества и возобновляемых источников энергии получила электричество из тепла, излучаемого в виде инфракрасного света, подобно тому, что испускается космос ночью, когда Земля охлаждается.
Для выработки электроэнергии из излучения инфракрасного света использовалось полупроводниковое устройство под названием терморадиационный диод, состоящее из материалов, используемых в очках ночного видения. Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Photonics.
Хотя количество генерируемой энергии на данном этапе очень мало — примерно в 100 тысяч раз меньше, чем от солнечной батареи, — исследователи считают, что результат может быть улучшен в будущем.
«Мы провели однозначную демонстрацию получения электроэнергии посредством терморадиационного диода», — сообщил руководитель группы, доцент Нед Экинс-Даукс.
«Используя тепловизионные камеры, можно увидеть, сколько излучения испускается ночью. Разумеется, в инфракрасном, а не в видимом диапазоне волн. Мы сделали устройство, которое может генерировать электрическую энергию за счет инфракрасного теплового излучения».
Поток энергии
Профессор Экинс-Даукс говорит, что в конечном итоге этот процесс все равно сводится к использованию солнечной энергии, которая попадает на Землю днем в виде солнечного света и нагревает планету.
Ночью эта же энергия уходит обратно в огромную, холодную пустоту космического пространства в виде инфракрасного излучения, и теперь доказано, что терморадиационный диод способен вырабатывать электричество, используя преимущества этого процесса.
«Всякий раз, когда существует поток энергии, мы можем преобразовывать его в различные формы», — сказал он. «Фотовольтаика — прямое преобразование солнечного света в электричество — это искусственный процесс, который люди разработали для того, чтобы преобразовать солнечную энергию в электричество. В этом смысле терморадиационный процесс похож; мы перенаправляем энергию инфракрасного диапазона с теплой Земли в холодную Вселенную», — добавила доктор Фиби Пирс, одна из соавторов статьи.
«Подобно тому, как солнечный элемент может вырабатывать электричество, поглощая солнечный свет, излучаемый очень горячим солнцем, терморадиационный диод вырабатывает электричество, излучая инфракрасный свет в более холодную среду. В обоих случаях разница температур позволяет нам вырабатывать электричество».
Прорыв команды UNSW является захватывающим подтверждением ранее теоретически возможного процесса и первым шагом в создании специализированных и гораздо более эффективных устройств, которые в один прекрасный день смогут улавливать энергию в гораздо больших масштабах.
Профессор Экинс-Даукс сравнивает новое исследование с работой инженеров из Bell Labs, которые в 1954 году продемонстрировали первый практический кремниевый солнечный элемент. Эффективность первого кремниевого солнечного элемента составляла всего около 2%, но современные элементы способны преобразовывать около 23% солнечного света в электричество.
А доктор Майкл Нильсен, соавтор статьи, сказал: «Даже если коммерциализация этих технологий еще впереди, быть в самом начале развития идеи — это такое захватывающее поле для исследователя».
«Используя наши знания о том, как проектировать и оптимизировать солнечные батареи, и заимствуя материалы из существующего сообщества фотоприемников среднего инфракрасного диапазона, мы надеемся на быстрый прогресс в реализации мечты о солнечной энергии в ночное время».
Исследовательская группа считает, что новая технология может найти широкое применение в будущем, помогая производить электроэнергию способами, которые в настоящее время невозможны.
Энергия из тепла тела
Одним из таких способов может стать питание бионических устройств, таких как искусственные сердца, которые в настоящее время работают от батарей, требующих регулярной замены.
Профессор Экинс-Даукс сказал: «В принципе, мы можем генерировать энергию таким образом, как мы продемонстрировали, только из тепла тела, которое можно увидеть, если посмотреть через тепловую камеру.
«В перспективе эта технология может собирать эту энергию и устранить необходимость в батареях в некоторых устройствах или помочь зарядить их. Это не тот случай, когда обычная солнечная энергия обязательно будет жизнеспособным вариантом».
Новые результаты UNSW основываются на предыдущей работе группы, где соавтор Андреас Пуш разработал математическую модель, которая помогла провести лабораторные эксперименты.
Теперь исследовательская группа надеется, что лидеры промышленности признают потенциал новой технологии и поддержат ее дальнейшее развитие.
«В настоящее время демонстрация, которую мы имеем с терморадиационным диодом, имеет относительно очень низкую мощность. Одной из проблем было его фактическое обнаружение. Но теория говорит, что в конечном итоге эта технология может производить примерно 1/10 часть мощности солнечного элемента», — сказал профессор Экинс-Даукс.
«Я думаю, что для того, чтобы эта технология стала прорывной, мы не должны недооценивать необходимость того, чтобы промышленность вмешалась и действительно продвинула ее. Я бы сказал, что здесь еще предстоит провести около десяти лет университетских исследований. А затем нужно, чтобы промышленность подхватила ее. Если промышленность увидит, что это ценная технология для них, то прогресс может оказаться очень быстрым».
«Чудо солнечной энергетики сегодня — это заслуга всемирно известных исследователей, таких как профессор Мартин Грин из UNSW, а также промышленников, которые собрали большие суммы денег для расширения производства».
В наши дни каждому известно, что энергетический вопрос является важнейшей проблемой современности. Если поиск новых путей выработки энергии является вашей целью и работой, то доменное имя .energy вам идеально подойдет.