Необычная солнечная батарея генерирует электричество только ночью (фото)

Солнечная батарея
Фото: New Atlas | Обратная солнечная батарея от Университета Нового Южного Уэльса

Устройство на основе кремния превращает в энергию тепло, излучаемое любыми объектами. Пока его эффективность довольно низкая, но ученые обещают доработать проект.

Британские ученые разработали новый тип солнечной батареи, которая генерирует электроэнергию в темное время суток. Об этом сообщает сайт Университета Нового Южного Уэльса.

Исследовательская команда добилась выработки электричества терморадиационным диодом, который собирает солнечную энергию ночью. Технология, названная "инверсией обычного солнечного элемента", в теории может производить около 10% мощности классической солнечной батареи, хотя пока этот показатель несколько ниже. Главное достижение ученых заключается в том, что им удалось обнаружить новое явление и применить его на практике.

Обычные солнечные панели содержат два по-разному обработанных кремниевых полупроводниковых слоя с так называемым PN-переходом. Слой N легирован примесями-"донорами" электронов, а слой P легирован "акцепторными" примесями — ячейками, в которых помещаются электроны. Посредине находится область, где электроны и полости совпадают и создают барьер, который не дает всем электронам переместиться из N-cлоя в P-cлой.

Когда солнечный свет падает на панель, тепловая энергия фотонов поглощается кремнием, и если электроны из N получают достаточно энергии, то могут ускориться и прорваться сквозь барьер, увеличивая потенциал напряжения между слоями. Соединив оба слоя внутри внешней цепи, можно направить электроны обратно на сторону P и совершить электрическую работу. Ученые отмечают, что не только фотоны, поступающие от Солнца, запускают процесс выработки электроэнергии. Днем солнечное излучение нагревает Землю по мере ее вращения, а на темной стороне планета высвобождает накопленную энергию в виде инфракрасного света, который физики и использовали в своем новом проекте.

Сиднейская гавань, тепло, инфракрасный спектр
Количество тепла, излучаемое Сиднейской гаванью ночью
Фото: New Atlas

Терморадиационный диод поглощает тепловую энергию, излучаемую землей или другими поверхностями в более холодную область, а затем превращает перепад температуры в электрический потенциал. Некоторые материалы, из которых состоит устройство, также используются для изготовления инфракрасных очков ночного видения. Во время эксперимента при разнице температур в 12,5 градусов Цельсия пиковая плотность электрической мощности достигла 2,26 мВт на 1 кв. м с расчетной эффективностью излучения в 1,8%.

Как объяснил в комментарии New Atlas доктор Майкл Нильсен, функциональность терморадиационного диода является обратной стороной обычной солнечной панели, однако в его основе лежит все тот же полупроводниковый PN-переход, просто он происходит в противоположном направлении. Соавтор исследования доцент Нед Экинс-Даукс добавил, что любой поток энергии можно преобразовывать в разные формы.

"Мысль о том, что мы можем производить термодинамическую энергию за счет излучения света, а не поглощения, может быть камнем преткновения для многих, но, как и в случае с солнечным элементом, мы получаем тепловой двигатель, с той разницей, что заменяем преобразователь энергии с холодной стороны (солнечный элемент на Земле, поглощающий фотоны Солнца) на горячую сторону (находящийся на Земле терморадиационный диод, излучающий фотоны в холод космоса)", — подытожил Майкл Нильсен.

Ученые, инфракрасное излучение
Инфракрасный снимок ученых показывает, что тепло тела также может быть источником энергии
Фото: New Atlas

Технология позволит добывать электричество из всего, что излучает тепло и подсвечивается тепловизорами, в том числе собирать энергию из нагревающихся промышленных объектов и даже человеческого тела. Исследователи отметили, что им предстоит еще много работать над оптимизацией устройства. По предварительной оценке Неда Экинса-Даукса это займет около 10 лет. Кроме того, потребуется промышленная база для производства инверсивных панелей.

"Если мы докажем, что данная технология может быть применима в промышленных масштабах, тогда прогресс ее усовершенствования пойдет куда быстрее. Чудом солнечной энергии мы сегодня обязаны всемирно известным исследователям, таким как профессор Scientia Мартин Грин из UNSW, а также промышленникам, которые собрали большие суммы денег для расширения производства", — заявил ученый.

Ранее в Израиле продемонстрировали технологию сверхбыстрой зарядки батарей. Она позволяет за 5 минут накопить энергию, которую электромобилю хватит на 160 километров пути.

В конце апреля Илон Маск передал Украине солнечные панели Tesla Powerwall. Оборудование позволит обеспечить украинские районы, которые сильнее всего пострадали от действий российских военных.