Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Научно-исследовательское подразделение IBM совместно со швейцарской компанией Airlight Energy представили свою разработку – высокотехнологичную систему, преобразующую солнечный свет и тепло в электроэнергию. В рамках проекта под названием «Подсолнух» (Project Sunflower) была разработана установка HCPVT (highly efficient concentrated photovoltaic/thermal), которая помимо электричества, может обеспечивать близлежащие здания горячим водоснабжением.

Конструкция «hi-tech подсолнуха» оснащена высокоэффективными фотоэлементами, которые способны преобразовывать собранные рефлекторами в точке фокуса солнечные лучи в электричество при высоких температурах. В основном, элементы и решения, применяемые в HCPVT достаточно известны, исключение составляет лишь одна технология – одновременное использование двух методов генерации солнечной энергии: термального (используются высокие температуры) и светового (фотоэлементы).

Альтернативная энергетика Молдовы. Будущее в настоящем
Альтернативная энергетика Молдовы. Будущее в настоящем

Система HCPVT сможет (при необходимости) обеспечивать горячее водоснабжение или кондиционирование воздуха

Рефлекторы (отражатели) «подсолнуха» представляют собой вогнутые зеркала, материалом для которых послужила алюминиевая фольга. Специалисты проекта выбрали его из-за относительной дешевизны и высокой отражающей способности. Кроме того, тонкий слой алюминия (толщина 0,2 мм) достаточно надежен и для его защиты не требуется специальных приспособлений.

«Солнечный цветок» с поверхностью 40 м2 имеет внешний вид параболической антенны и состоит из 36 эллиптических «лепестков», каждый из которых включает в себя 6 рефлекторов. Рефлекторы создают точку фокуса световых лучей, в которой размещены 6 коллекторов, по одному на каждый блок из шести отражателей.

А свет у вас есть?
А свет у вас есть?

Именно коллекторы и являются «ноу-хау» системы. Прежде всего, каждый коллектор покрыт слоем фотоэлементов из арсенида галлия (GaAs). Это химическое соединение преобразует свет в электроэнергию с гораздо большим КПД (около 38%), чем это делает лучшие аналоги из кремния (около 20%). GaAs более дорогостоящий материал, тем не менее в «фотогальванических подсолнухах» арсенида галлия применяется немного – им покрывается лишь небольшая область, в которой фокусируется свет. Один коллектор устройства содержит покрытие арсенида галлия площадью всего несколько см2, но в итоге, получившейся энергоэффективности фотоэлемента на сегодняшний день нет равных. Генерирующая способность каждого коллектора находится в пределах 2 кВт, а в общем фотоэлектрческая система HCPVT выдает до 12 кВт энергии.

Полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи энергии при нагревании теряют определенную часть эффективности. Даже GaAs ограничен температурой около 105 C. Основная проблема – это высокие температуры (выше 1500 C) в точке фокуса и, похоже, исследователи IBM нашли решение.

Специалисты компании применили оригинальный метод, который уже применялся IBM для охлаждения суперкомпьютеров – это жидкостная система охлаждения, в которой в качестве хладагента выступает горячая вода. Но в случае с HCPVT все несколько по-другому – используется «водяной массив», представляющий собой кремниевый блок с микрожидкостными каналами. Таких каналов делается несколько тысяч, и по ним вода поступает к нагреваемым элементам устройства. Такая технология позволяет значительно увеличить количество тепла, которое можно рассеять, микроканалы в этом плане гораздо более эффективны, чем обычные каналы, какие используются в стандартной системе охлаждения.

Найден новый материал, который может произвести революцию в технологиях
Найден новый материал, который может произвести революцию в технологиях

"Технология прямого охлаждения при очень небольшой мощности накачки используется для охлаждения фотовольтаических чипов. Создавая эту систему, мы вдохновлялись решением природы – разветвлённой системой кровоснабжения в организме человека", — поясняет один из авторов исследования Бруно Мишель (Bruno Michel), сотрудник IBM Research.

Эти «охладители» закрепляются на задней стороне фотоэлементов, что позволяет охлаждать площадки до требуемой температуры в 105 С. В результате система, которая производит 12 кВт электрической энергии, дополнительно выдает 21 кВт тепловой энергии.

Установка HCPVT дополнительно может быть настроена таким образом, чтобы обеспечивать людей питьевой и горячей водой, а также предоставляла возможность для кондиционирования воздуха. Так, вода, содержащая соли проходит через нагревательные трубки, а затем переходит в дистилляционную систему с проницаемой мембраной, где она опресняется и выпаривается. Для получения холодного воздуха отходящее тепло можно пропускать через адсорбционную холодильную машину, которая представляет собой обычный теплообменник с испарителем и конденсатором, использующего воду в качестве хладагента.

Гибкие солнечные панели (+Фото)
Гибкие солнечные панели (+Фото)

Но у «подсолнуха» от IBM есть и свои недостатки, главным из которых является его высокая цена (первые «пилотные» системы обошлись создателям в десятки тысяч долларов). Однако инженеры компании надеются в будущем значительно снизить стоимость HCPVT за счет налаживания массового производства. Кроме того, «солнечный цветок» может работать только при оптимальных погодных условиях (ясное небо, отсутствие дождя и т.д.), а его эффективность ограничена местоположением солнца – расположенный только под прямым углом к светилу HCPVT будет показывать максимальный КПД. Впрочем, и для этого нашлось решение – на «подсолнух» были установлены системы позиционирования – так называемые «солнечные треккеры».

Одно устройство HCPVT сможет вырабатывать столько энергии, сколько хватит для 3-4 домохозяйств, не более, причем работать система будет только ограниченную часть дня — пока Солнце не опустилось за горизонт. Для того, чтобы обеспечить потребности даже небольшого поселения при помощи «солнечных цветков», понадобится соорудить СЭС с десятками таких «хай-тек растений».

Срок службы каждого " Sunflower " может составлять приблизительно в 60 лет при соответствующем обслуживании, замене фольги и зеркал-отражателей каждые 10-15 лет (в зависимости от среды эксплуатации). Фотоэлементы нужно будет заменять каждые 25 лет.

Готовый продукт - первые коммерческие модели HCPVT планируется выпустить на рынок к 2017 году, а для тестирования «подсолнухи» IBM будут поставляться потенциальным клиентам уже в 2016 году. На видео ниже демонстрируются рабочие образцы, которые требуют некоторых доработок в системах дистилляции и охлаждения.

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

Проект «Подсолнух» от IBM – энергия 2000 звезд в одном устройстве

 

Источник: ecotechnica.com.ua


Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП материалов о принципах экотуризма, туристических маршрутах, обзор и анализ предложений вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке