Исследовательская группа из Рочестерского университета (США) увеличила выходную мощность STEG в 15 раз

Репортаж от Wedoany，Исследовательская группа из Рочестерского университета (University of Rochester) перепроектировала структуру терморегулирования солнечного термоэлектрического генератора (STEG), увеличив выходную мощность устройства в обычном воздухе в 15 раз по сравнению с традиционной конструкцией без изменения полупроводниковых материалов. Результаты опубликованы в журнале «Light: Science and Applications».

Солнечные термоэлектрические генераторы используют эффект Зеебека (Seebeck effect), нагревая одну сторону и охлаждая другую для создания электрического тока без движущихся частей или химических реакций. Они могут использовать такие источники тепла, как промышленные отходы, тепло человеческого тела или рассеянное солнечное излучение. Однако эффективность стандартных конструкций при преобразовании солнечной энергии в электричество на открытом воздухе долгое время оставалась ниже 1%, в то время как эффективность обычных крышных солнечных панелей составляет около 20%. Хотя сложные лабораторные установки могут незначительно повысить эффективность с помощью вакуумных систем, показатели повседневных устройств оставались неизменными.

Команда профессора Чунлэя Го (Chunlei Guo) из Института оптики (Institute of Optics) Рочестерского университета изменила подход, переключив внимание с полупроводниковых материалов на общее терморегулирование устройства. Исследователи предположили, что усиление поглощения и удержания тепла на горячей стороне, а также повышение эффективности отвода тепла на холодной стороне позволит увеличить разницу температур между двумя сторонами устройства, генерируя больше электроэнергии. Эта двусторонняя стратегия полностью обходит улучшение полупроводникового слоя.

На горячей стороне исследователи использовали фемтосекундные лазерные импульсы для создания наноструктур на поверхности вольфрама, получив то, что команда назвала «черным металлом» (black metal). Эта поверхность избирательно поглощает свет солнечных длин волн, уменьшая потери тепла на других длинах волн. Затем на черный металл наносится прозрачная пластиковая пленка, создающая миниатюрный парниковый эффект, который дополнительно повышает температуру горячей стороны за счет уменьшения потерь на конвекцию и теплопроводность. На холодной стороне фемтосекундный лазер используется для обработки обычного алюминия, создавая микроструктуры, которые действуют как радиационный и конвекционный теплоотвод, удваивая охлаждающую способность стандартного алюминиевого радиатора.

Благодаря этой конструкции мощность, вырабатываемая устройством STEG, увеличилась в 15 раз по сравнению с традиционным базовым устройством. Команда подтвердила этот результат практической демонстрацией питания светодиодов. Хотя абсолютное значение эффективности все еще не может напрямую конкурировать с коммерческими фотоэлектрическими панелями, этот прогресс доказывает, что STEG может достичь значительного скачка производительности в невакуумной, атмосферной среде. Исследование было поддержано Национальным научным фондом (National Science Foundation), FuzeHub и Институтом наук о данных и искусственного интеллекта имени Горгена (Goergen Institute for Data Science and Artificial Intelligence).

Исследовательская группа отмечает, что эта технология может быть применена в беспроводных датчиках Интернета вещей, носимых устройствах, использующих тепло человеческого тела, а также в автономных энергосистемах для сельских районов, не подключенных к электросети. Поскольку STEG не требует прямого солнечного света, любой температурный градиент может привести его в действие. В настоящее время этот результат все еще находится на стадии подтверждения концепции, и для крупномасштабной коммерциализации требуется дальнейшее повышение эффективности. Эта работа, демонстрируя эффективность подхода к терморегулированию, открывает новое направление исследований в области солнечной термоэлектрической энергии.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com