• Yulia Mi

Новый материал в солнечной энергетике

Ученые разработали новый материал, который позволяет эффективно передавать тепловую энергию солнца, не преобразовывая ее в электричество.


Автор фото: Purdue University illustration/Raymond Hassan

Солнечная энергетика занимает менее 2% от общей выработки электричества США, поскольку является дорогостоящей по сравнению с традиционной топливной энергетикой. Солнечные панели поглощают и преобразовывают в электричество далеко не весь спектр солнечных лучей, поэтому КПД последних солнечных элементов едва достиг уровня 40%. Ученым из Университета Пердью в США удалось разработать и создать новый материал, который позволит нам использовать солнечную тепловую энергию более эффективно, не преобразовывая ее в электричество с помощью солнечных элементов. Инновация ученых – это важнейший шаг на пути к вытеснению топливной энергетики, которая все еще занимает более 60% от общего производства электроэнергии в США.


«Хранение солнечной энергии в виде тепла может быть гораздо дешевле, чем хранение энергии в аккумуляторах, поэтому следующий шаг – это снижение стоимости получения электричества из солнечного тепла», - говорит Кинис Сэндхэдж (Kenneth Sandhage), профессор Материаловедения университета Пердью.


Исследование, которое было проведено в лаборатории университета Пердью совместно с Технологическим институтом в Джорджии, Университетом Висконсин Мэдисон и Национальной Лабораторией Ок-Ридж, опубликовано в журнале Nature.


Солнечная энергия – это не только солнечные панели на фермах и крышах домов. Другой способ использования энергии солнца – это фабрики, которые аккумулируют солнечное тепло. Такие фабрики преобразуют солнечную энергию в тепло, используя зеркала или линзы для фокусирования света на небольшой площади. Под действием солнечных лучшей эта площадь нагревается, затем тепло передается расплавленной соли, которая в свою очередь передает ее «рабочей» жидкости – диоксиду углерода в сверхкритическом состоянии, который расширяется и вращает турбину с целью получения электричества.


Для снижения стоимости электричества, получаемого за счет тепловой энергии солнца, мотор турбины должен вращаться быстрее, получая то же количество тепла от солнца, а что означает, что нагрев рабочей жидкости должен быть выше. Достичь этого можно за счет повышения теплопередачи.


Основная проблема теплопередачи в том, что тепло должно передаваться от расплавленной соли «рабочей» жидкости через теплообменник, который сейчас изготавливается из нержавеющей стали или никелевых сплавов. Эти материалы легко нагреваются до необходимых высоких температур и выдерживают высокое давление диоксида углерода в сверхкритическом состоянии.


Группа ученых из университета Пердью поставила перед собой цель разработать более эффективные материалы для теплообмена. Для этого исследователи комбинировали материалы, получая композиты, которые могут выдерживать еще более высокие температуры и высокое давление. Два материала оказались многообещающими: керамический карбид циркония и металлический вольфрам. Исследователи создали пластины из керамико-металлического композита. На пластинах были сформированы специализированные каналы для распределения тепла, требуемая форма каналов была рассчитана в ходе моделирования, проводимого учеными из Технологического института Джорджии.


Механические тесты и коррозионные тесты показали, что этот новый композитный материал может успешно выдерживать высокие температуры и высокое давление, а значит, может стать более эффективным материалом, чем современные теплопередающие материалы.


Ученые также рассчитали, что производство таких теплообменных пластин может быть сравнимо по стоимости или даже быть дешевле, чем производство пластин из нержавеющей стали либо сплавов никеля.


#композит #композитныйматериал #солнечнаяэнергетика #альтернативнаяэнергетика


Ссылка на статью в журнале Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-018-0593-1

Подробнее в видеоматериалах по ссылке: https://youtu.be/PMC3EE19ouw

Подписаться на новости SCDAILY