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 29 сентября 2021, Среда  
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

Увеличение ёмкости Вампирчика на счёт внешнего блока с 18650
Автор: az2
27.09.2021 в 22:14

"Коэффициент отдачи" Вампирчика
Автор: LeonidS
22.09.2021 в 23:19

Защищённые аккумуляторы в Вампирчике
Автор: az2
21.09.2021 в 15:29

Контроллер для ветряка
Автор: nik34
07.05.2021 в 21:26

Батарея на крыше авто
Автор: LeonidS
26.02.2021 в 14:40

Техническое обсуждение ВЦ7 (+альт. прошивка)
Автор: nik34
09.01.2021 в 23:46

Топливные элементы
Автор: plumber27
24.11.2020 в 06:51

АКБ греется
Автор: nik34
15.10.2020 в 23:15

Сборка батареи для электромотоцикла
Автор: nik34
11.10.2020 в 10:54

Преобразователь с 12В на 8,4В
Автор: nik34
08.07.2020 в 11:26

Перейти на форум

Сейчас на сайте
103 человека

в т.ч. гостей: 103
пользователей: 0

Всего: 1199

Это может быть полезно



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)
Топливные элементы
 Энергия от хомяков
 Водородный зарядник
Игрушечная энергетика  Инженерам удалось извлечь энергию из бега хомяка  Водородная зарядка от Horizon поступила в продажу

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)
Металловоздушный источник
Металло-возду...ый источник тока
микрогенератор
Наногенератор
Топливная ячейка
Panasonic обещает портативную батарею на метаноле к 2012 году
хлорофилловая батарейка
Тайванец разработал хлорофилловую органическую батарею
Накопитель-генератор для велосипедистов
OHM – прибор для использования велосипеда в качестве зарядного устройства

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: 0.01 секунды