Всё о мобильной энергии, солнечных батарея, ветряках и другой электроники Обсуждение солнечных батарей, вертяков, генераторов и другой электроники
 
  Регистрация | Войти На главную Добавить статью Форум Поиск  RSS Наш твиттер Контакты 5 декабря 2022, Понедельник  
MobiPower.ru
 О сайте
 Новости
 солнце
 термоэлектричество
 механика
 аккумуляторы
 освещение
 электроника
 прочее (экзотика)
 новинки рынка
 Сделай сам
 Обзоры и тесты
 Библиотека
 Форум
 Ссылки
 Контакты

Новости на e-mail
Подписаться на e-mail рассылку новых статей сайта Mobipower.ru



Новое на форуме

Оживить вампирчик
Автор: jianjiak
05.12.2022 в 13:08

Новая тема за последние 3 дня проблемы при зарядке "пустого" вампирчика
Автор: Иван
05.12.2022 в 00:03

ВЦ8 - пока поговорить.
Автор: Гость
30.11.2022 в 22:53

Сломался Вампирчик :-(
Автор: nik34
07.10.2022 в 12:42

Разносол: конструкции от LeonidS
Автор: LeonidS
24.06.2022 в 13:56

Просто "коробочка".
Автор: nik34
10.02.2022 в 17:24

Накопитель "Конструктор"
Автор: nik34
28.12.2021 в 09:15

Alpha Power BC-700 от La Crosse Technology
Автор: Гость
22.12.2021 в 20:48

Ругаться сюда, однако ;))))
Автор: Гость
13.12.2021 в 20:54

Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: nik34
14.10.2021 в 20:55

Перейти на форум

Сейчас на сайте
117 человек

в т.ч. гостей: 117
пользователей: 0

Всего: 1242

Это может быть полезно
актуальное зеркало Jozz   Джозз играть официальный сайт   Буй вход и регистрация


Фотонные кристаллы в энергетике


Разместил 17.12.2009   nik34

Прочее (экзотика) nik34 прислал:

Солнечная батарея на тепле
Кто сказал, что преобразовать тепло в электричество можно только механическим или термоэлектричестким путём? А скрестить источник тепла и солнечную батарею слабо? Оказалось, что нет.



  
Поделиться этой страницей в:


Ещё в 1960-х и в 1970-х годах исследователи в разных странах пробовали создать компактные генераторы для космической техники на основе довольно необычного принципа. Тогда что-то не получилось. И ведь, казалось бы, в своей основе идея-то гениально проста. Но для того, чтобы "простота" эта реально заработала, потребовались современные технологии.

В наши дни давнюю мысль, но на этот раз применительно к технике земной – к автомобилям, реанимировали физики из Массачусетского технологического института (MIT), а потому пора с ней (мыслью) познакомиться ближе.

Берём сравнительно небольшое количество топлива, сжигаем его равномерно и спокойно, и нагреваем с его помощью телоизлучатель, что называется, "до белого каления". А точнее (как в нынешнем проекте) — до 1227 градусов по Цельсию.

Излучаемый телом очень яркий свет мы направляем на "солнечную батарею", которая и даёт нам ток. Всё.

Солнечный генератор на фотонных кристаллах
Принцип работы термофотоэлектрического генератора (иллюстрация с сайта lees.mit.edu).

Чтобы такая система была не просто работоспособной, но ещё и обладала высоким КПД, исследователям MIT пришлось воспользоваться самыми последними достижениями в физике фотонных кристаллов.

Тут нужно напомнить, что это такое. Фотонные кристаллы — это периодические (наподобие слоёного пирога) структуры из различных материалов, слои в которых обладают толщиной, сопоставимой с длиной волны света (к примеру, света видимого).

Солнечный генератор на фотонных кристаллах

Электронная микрофотография "слоёного пирога" фотонного кристалла, выступающего в данном устройстве в качестве светового фильтра (фото с сайта lees.mit.edu).

Такие периодические структуры обладают необычными оптическими свойствами, отличными от оптических свойств материалов, их составляющих. К примеру, фотонные кристаллы могут пропускать через себя определённые частоты волн (почти без задержки, как необычайно прозрачные тела), но при этом отражать, словно самое лучшее зеркало, другие волны.

Вообще, фотонные кристаллы в оптике сравнивают с полупроводниками в мире электроники. Применительно к фотонным кристаллам можно говорить о разрешённых и запрещённых энергетических зонах, наподобие таких зон в полупроводниках. Фотонные кристаллы могут быть световыми "проводниками", "диэлектриками" и "полупроводниками", где вместо тока – фотоны.

Теперь вернёмся к проекту MIT. Сразу видно, что при нагреве обычного тела и при использовании обычной фотоэлектрической панели мы получим невысокую эффективность. И вот как-то профессор Джон Кассакиан (John Kassakian), директор лаборатории электромагнитных и электронных систем MIT (Laboratory for Electromagnetic and Electronic Systems — LEES), собрал своих коллег и сказал: "А почему бы нам не приспособить для сортировки волн фотонные кристаллы? У них же есть как раз нужные нам свойства!".

Ну, возможно, начиналось всё не совсем так. Но результат таков: именно в лаборатории LEES сейчас полным ходом идёт отработка высокоэффективной термофотоэлектрической системы. И уже созданы первые работающие прототипы таких преобразователей.

Исследователи решили подобрать подходящий фотонный кристалл в качестве излучателя света. Тут подошёл так называемый двухмерный фотонный кристалл, со структурой поверхности, похожей по виду на пчелиные соты. Материал – тугоплавкий сплав на основе вольфрама.

Солнечный генератор на фотонных кристаллах

Расчётная (светло-синий цвет) и измеренная (тёмно-синий) характеристика фильтра. Шкала внизу – длины волн в микронах, шкала слева — светопропускание (иллюстрация с сайта lees.mit.edu).

Соты эти обладают поперечником и глубиной "колодца", сопоставимыми с длиной волны видимого света. Точнее, эти два размера рассчитаны таким образом, что при нагреве тела они поощряют излучение на определённых частотах и подавляют – излучение других волн.

А ведь обычное нагретое тело светит более-менее равномерно в широком диапазоне частот, которые (частоты) полностью утилизировать было бы сложно.

Излучатель этот сделан в виде цилиндра. Вокруг него располагается солнечная батарея. Она тоже необычная. Авторы проекта выполнили её на основе антимонида галлия.

Но главная изюминка проекта – это промежуточный цилиндр, установленный между цилиндром-излучателем и цилиндром — "солнечной" панелью.

Промежуточный цилиндр этот также представляет собой фотонный кристалл, так называемый одномерный. Составлен он из множества чередующихся слоёв кремния (толщиной по 170 нанометров) и диоксида кремния (390 нанометров).

Этот фотонный кристалл работает как замечательно точный фильтр: волны с длиной ниже 1,7 микрон (эта величина была определена, исходя из параметров фотоэлемента) он пропускает к батарее, а более длинные волны (тепло) — отражает назад, к излучателю.


Солнечный генератор на фотонных кристаллах

Сотоподобная структура поверхности вольфрамового излучателя – фотонного кристалла. Справа: сравнение характеристики излучения "просто" вольфрама (синий цвет) и фотонного кристалла на его основе (красный). Шкала внизу – длины волн в микронах, шкала слева – коэффициент излучения (иллюстрации с сайта lees.mit.edu).

Тем самым достигается двойная выгода, повышающая общий КПД системы: к фотодиоду проходят частоты, которые наиболее эффективно им "перевариваются" и превращаются в электрический ток, а отражённый фильтром в обратную сторону свет помогает поддерживать высокую температуру центрального тела — излучателя.

Проходящее к фотопреобразователю, но всё-таки не превращённое в ток, тепло приводит к нагреву фотоэлемента, так что его ещё приходиться охлаждать. Это – одна из основных проблем проекта.

И всё равно, исходя из расчётов и результатов первых опытов с экспериментальными установками, авторы проекта говорят, что в теории таким способом можно превращать энергию топлива в электричество с эффективностью до 40-50%, что, пожалуй, выше суммарного КПД типичного ДВС, работающего в паре с электрогенератором.

Таким образом, используя нагретое тело, излучающее, в основном, на "правильных" частотах, плюс фильтр, пропускающий к фотобатарее лишь волны, эффективно превращаемые ею в ток, и являющийся также зеркалом для других волн, да и саму батарею из высокоэффективных материалов, авторы добились удивительных параметров.

Они говорят, что такие установки, конечно, не заменят обычные двигатели под капотами автомобилей, но вот в качестве генератора для бортовой сети – были бы идеальны. Судите сами – никаких движущихся частей. Равномерное эффективное сгорание топлива. Бесшумность. Высокий КПД.

Солнечный генератор на фотонных кристаллах

Сравнение КПД термофотопреобразователя: 1 – на основе обычного нагретого тела и фотоячейки; 2 – то же, но с промежуточным фильтром частот; 3 – с фильтром и селективным излучателем на основе фотонного кристалла; 4 – то же, но с идеальным фильтром. Шкала внизу – температура нагрева излучателя в Кельвинах, шкала слева – КПД (иллюстрация с сайта lees.mit.edu).

Такие генераторы могли бы давать ток автомобилю на стоянке, так, чтобы не приходилось гонять двигатель. В холод лишнее сбрасываемое фотоячейкой тепло пригодилось бы для обогрева салона, а в жару такой генератор мог бы с минимальными затратами обеспечивать током кондиционер.

Особенно привлекательна такая система для магистральных тягачей. Ведь крутить их огромные моторы почти вхолостую, лишь чтобы обогреть кабину или подзарядить аккумуляторы – слишком накладно и неэффективно.

Ну и, конечно, в качестве дополнительного генератора для гибридных авто такая термофотосистема оказалась бы очень полезной.

Кстати, разу уж вспомнили про гибриды. Один из лидеров в этой области – компания Toyota — по удивительному совпадению является одним из спонсоров данного проекта MIT.

Но вот какого-либо решения о применении термофотогенератора на машинах японцы, мол, ещё не принимали. Не пришло время? Или Toyota не хочет слишком рано волновать конкурентов?



Источник:
http://www.membrana.ru/articles/technic/2006/05/26/155700.html





Поделиться этой страницей в:

Рейтинг статьи
Средняя оценка: 5 из 5. Голосов: 9

Проголосуйте, пожалуйста, за эту статью:
Класс! Очень хорошо! Сойдёт 3-й сорт еще не брак Ерунда
(отлично!)(хорошо)(сойдет)(так себе)(плохо)

Статьи в тему: Прочее (экзотика)
Новая батарея
 Топливная ячейка
 хлорофилловая батарейка
Батареи нового типа позволят ноутбукам работать 30 лет без подзарядки  Panasonic обещает портативную батарею на метаноле к 2012 году  Тайванец разработал хлорофилловую органическую батарею

Связанные темы

Солнце
Солнце
Термоэлектричество
Термоэлектричество


Комментарии к статье

Фотонные кристаллы в энергетике | 0 Комментариев

Спасибо за проявленный интерес

Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.

 
Связанные темы
Раздел: Солнце
Солнце
Раздел: Термоэлектричество
Термоэлектричество

Статьи в тему
Прочее (экзотика)
Микрогенератор заменит пальчиковые батарейки
Микрогенератор заменит пальчиковые батарейки
Технология домашнего производства водорода от QuantumSphere
Технология домашнего производства водорода от QuantumSphere
Микрогенератор
Мини генераторы, работающие от случайных вибраций
Вирусная батарея
Впервые продемонстрир...на действующая батарея, созданная с помощью вирусов
Топливные элементы
Горячий карманный зарядник сохраняет природу

А Вы знаете, что возможно... ?

 Подписаться на rss рассылку Читать нас через RSS

 Читать нас на Твиттер Читать нас на Твиттер

 Наши новости на e-mail Получать наши новости на e-mail

 Напечатать текущую статью Напечатать текущую статью


Реклама
По вопросам размещения рекламы


Интересно



 

Количество подписчиков на RSS
Загрузка страницы: 0.03 секунды