Создан генератор для круглосуточного сбора термоэлектрической энергии

Исследователи Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (ИАПУ ДВО РАН) совместно с коллегами из Китая и Португалии создали устройство, получающее электроэнергию за счет разницы температур.

В основе разработки — термоэлектрический генератор. Такие устройства превращают разницу температур в электричество: если одна сторона теплее другой, появляется электрический отклик. Этот принцип может быть полезен для малой электроники и автономных датчиков, но есть сложность: перепад температур нужно поддерживать постоянно. Ученые предложили конструкцию с двумя функциональными сторонами: днем одна часть устройства нагревается от солнечного света, а ночью другая помогает отводить тепло в окружающее пространство.

В центре устройства расположен термоэлектрический генератор, к которому с двух сторон присоединены специальные микроструктурированные пластины. Первая пластина выполнена из кремния. Ее поверхность покрыта массивом острых микроконусов, вдохновленных структурой глаза ночной бабочки. Такая микроструктура, за счет своих антиотражающих свойств, увеличивает эффективность преобразования падающего на панель солнечного света в тепло. В экспериментах микроструктурированный кремний поглощал до 95 % солнечного света и в ходе уличных испытаний нагревался существенно выше температуры окружающего воздуха.

Вторая пластина — из диоксида кремния. Она также имеет микроструктуру — массив усеченных микроконусов. Такая пластина слабо поглощает солнечный свет, но имеет высокое поглощение в инфракрасном диапазоне 8–13 мкм, который называют атмосферным окном прозрачности. Через этот диапазон тепловое излучение может уходить в окружающее пространство, что обеспечивает пассивное охлаждение поверхности.

«Ключевой результат работы — это экспериментальная демонстрация интеграции двух концепций — фототермического преобразования и пассивного радиационного охлаждения — в едином термоэлектрическом генераторе. Оба подхода реализуются за счет правильно подобранных материалов и их микроструктурирования, определяющего оптические свойства в требуемых спектральных диапазонах. За счет этого удалось заметно улучшить характеристики коммерческого термоэлектрического генератора», — отметил один из авторов исследования, сотрудник ДВФУ и ИАПУ ДВО РАН Александр Кучмижак.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации