سلول‌های ترموفتوولتائیک در تبدیل گرما به برق به بازدهی 40 درصدی رسیدند

محققان از سلول ترموفتوولتائیک (TPV) جدیدی رونمایی کرده‌اند که با بازدهی 40 درصدی گرما را به برق تبدیل می‌کند. بازدهی عملکرد این سلول مشابه توربین‌های بخار سنتی است. از این سلول TPV می‌توان در مقیاس بزرگ به عنوان باتری گرمایی استفاده و بدون نیاز به هیچ قطعه متحرکی، برق تولید کرد.

پژوهشگران دانشگاه MIT و آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر آمریکا (NREL) طراحی جدیدی معرفی کرده‌اند که از منابع گرمایی بین 1900 تا 2400 درجه سلسیوس انرژی می‌گیرد. این سلول ترموفتوولتائیک برای انجام این کار آلیاژهای فلزی با نوار ممنوعه (Bandgap) زیاد را روی آلیاژهایی با نوار ممنوعه کم قرار می‌دهد.

لایه نوار ممنوعه زیاد فوتون‌هایی را که دارای بیشترین انرژی هستند از منبع گرمایی دریافت و آن‌ها را به برق تبدیل می‌کنند، در حالی که فوتون‌های کم‌انرژی از لایه اول می‌گذرند و به سطح ولتاژ اضافه می‌کنند. هر فوتونی که از این دو لایه عبور کند، دوباره با یک آینه به منبع حرارت برگردانده می‌شود تا جلوی هدررفت انرژی گرفته شود.

بازدهی سلول‌های ترموفتوولتائیک وابسته به دماست

محققان با استفاده از یک حسگر شار حرارتی بازدهی سلول را اندازه‌گیری کرده و متوجه شدند که دما در بازدهی اثرگذار است. این TPV در بازه 1900 تا 2400 درجه سلسیوس به بازدهی 40 درصدی می‌رسد. این فناوری در باتری‌های گرمایی مقیاس بالا می‌تواند انرژی مازاد منابع تجدیدپذیر مثل خورشید را جذب و در مخازن گرافیت داغ نگهداری کند.

سپس سلول‌های ترموفتوولتائیک می‌توانند این گرما را به الکتریسیته تبدیل کنند و آن را به شبکه برق بفرستند. این سلول‌ها فعلا به‌صورت آزمایشی در اندازه یک سانتی‌متری ساخته شده‌اند، اما فناوری لازم برای تبدیل آن‌ها به شبکه‌های 3 هزار متر مربعی وجود دارد.

«آسگون هنری»، استاد دانشگاه MIT می‌گوید: «سلول‌های ترموفتوولتائیک آخرین گام برای این بود که نشان دهیم باتری‌های گرمایی یک ایده قابل اجرا هستند. این دستاورد قدمی فوق‌العاده مهم در مسیر افزایش استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر و ایجاد شبکه‌های برق بدون کربن است.»