Представиха топлинен енджин без движещи се части с ефективност на парна турбина

Новият топлинен енджин е термичен фотоволтаичен елемент, който прилича на слънчев панел, но може да улавя високоенергийните фотони и директно да ги преобразува в електричество. Неговата конструкция е изобретена от специалистите на MIT и на Националната лаборатория за възобновяема енергия (NREL). Устройството генерира електрически ток от източник с температура от 1900 до 2400 градуса по Целзий. Тестовете показват, че неговата производителност е на ниво 40%, което е малко по-високо от повечето традиционни парни турбини.

Над 90% от електрическата енергия в целия свят се получава от изгарянето на въглища, природен газ, чрез атомна енергия и концентрирана слънчева енергия. От векове парните турбини са промишлен стандарт за преобразуване на топлината в електричество. Една парна турбина конвертира средно 35% от топлината в електрически ток, като постигнатият към днешен ден максимум е 60%. Само че тези устройства имат огромен брой подвижни елементи, върху които въздействието на температури над 2000 градуса по Целзий е вредно и пагубно.

Досега се правеха различни експерименти за директно преобразуване на топлината в електрическа енергия без междинен преход през механичната енергия. Използваха се полупроводникови материали с точно определена енергийна ширина на канала. При поглъщането на фотон с достатъчно висока енергия, през полупроводниковия канал преминава електрон. В резултат от това се генерира електричество без ротори и перки.

Но досега средната производителност на термичните фотоволтаични елементи достигаше едва 20% при максимум 32%. Те се изготвят от полупроводникови материали със сравнително тесен енергиен канал, които конвертират само нискотемпературните и нискоенергийните фотони, и именно затова тяхната ефективност и коефициент на полезно действие оставаха твърде ниски.

Учените на MIT и NREL са създали термичен фотоволтаичен елемент от два вида полупроводници с тесен и по-широк енергиен канал, под които е поставен слой от полирано злато. Горният слой улавя фотоните с най-висока енергия и ги преобразува в електричество, а вторият слой работи с фотоните, които не са погълнати и са преминали през първия слой. Всички фотони, които са стигнали до огледалната повърхност се отразяват обратно, като по този начин се повишава ефективността на елемента.

Тестовете са направени с прототип на подобен елемент с размер приблизително един квадратен сантиметър, който е поставен върху сензор за измерване на топлинния поток, като самият термичен фотоволтаичен елемент е огряван от високотемпературна лампа с насочен лъч от концентрирана инфрачервена светлина. Чрез промяна в интензивността на излъчването на лампата е пресметната ефективността на новия елемент. Оказа се че при температури от 1900 до 2400 градуса по Целзий неговият коефициент на полезно действие е на ниво 40%.