Termofotovoltaik hücre, ısı enerjisinin yüzde 40’ını elektriğe dönüştürüyor
Bu yeni hücre bir anlamda bir çok buhar motorundan çok daha verimli görünüyor.
Araştırmacılar, geleneksel buhar türbinli elektrik santrallerinin performansına sahip, yüzde 40’ın üzerinde verimlilik sağlayan, ısıyı elektriğe dönüştüren yeni bir termofotovoltaik (TPV) hücre yapmayı başardılar. Bu yeni “Termofotovoltaik (TPV) hücreler”, hareketli parça olmadan güvenilir bir şekilde enerji üreten, şebeke ölçeğinde “termal pillerde” kullanılma potansiyeline sahip.
Termofotovoltaik hücreler, yarı iletken malzemeleri fotonların enerjisini önemli ölçüde artıracak kadar ısıtarak çalışıyor. Yeterince yüksek enerjilerde, bu fotolar malzemenin “bant aralığı” boyunca bir elektronu tekmeleyerek elektrik üretebilir. Şimdiye kadar, TPV hücreleri daha düşük sıcaklıklarda çalıştıkları için sadece yüzde 32’ye varan verimlilik elde edebilmişlerdi. Şimdi bu oran yüzde 40’lara çıkarılabilmiş görünüyor.
Buna karşılık, MIT ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı’nın (NREL) yeni tasarımı, 1.900 ila 2.400 santigrat derece (3.452 ila 4.352 derece F) arasındaki beyaz-sıcak ısı kaynaklarından güç alıyor. Bu verimi sağlamak içinse, biraz daha düşük bant aralıklı bir alaşım üzerinde oturan “yüksek bant aralıklı” metal alaşımları kullanıyor.
Yüksek bant aralıklı katman, bir ısı kaynağından gelen en yüksek enerjili fotonları yakalar ve onları elektriğe dönüştürürken, düşük enerjili fotonlar ilk katmandan geçer ve voltaja eklenir. İki katmanlı eldiveni çalıştıran herhangi bir foton, enerji israfını önlemek için bir ayna tarafından ısı kaynağına geri yansıtılır.
“Bu, yenilenebilir enerjiyi yaygınlaştırma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adım.”
Bir ısı akışı sensörü kullanarak verimliliği ölçen ekip, gücün sıcaklıkla değiştiğini buldu. 1.900 ila 2.400 santigrat derece arasında, yeni TPV tasarımı yaklaşık yüzde 40 verimlilikle elektrik üretmeyi başardı.
Buhar türbinleri aynı verimliliği sağlayabilir, ancak çok daha karmaşık ve daha düşük sıcaklıklarla sınırlı bir çözüm olarak kalıyor.
MIT Profesörü Asegun Henry, MIT News’e verdiği demeçte,
“Katı hal enerji dönüştürücülerinin avantajlarından biri, hareketli parçaları olmadığı için daha düşük bakım maliyetleriyle daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilirler.” “Orada oturuyorlar ve güvenilir bir şekilde elektrik üretiyorlar.”
Şebeke ölçeğinde bir termal pilde, sistem güneş gibi yenilenebilir kaynaklardan gelen fazla enerjiyi emecek ve onu çok yalıtılmış sıcak grafit bankalarında depolayacak. Gerektiğinde, TPV hücreleri daha sonra bu ısıyı elektriğe dönüştürebilir ve elektrik şebekesine gönderebilir.
Henry, Deney hücresi sadece bir santimetre kareydi, bu nedenle ekibin şebeke düzeyinde güç için bunu yaklaşık 10.000 fit kareye yükseltmesi gerekecek, ancak bu ölçekte hücreler oluşturmak için teknoloji zaten hali hazırda mevcut. Dahası,
“Termofotovoltaik hücreler, termal pillerin uygulanabilir bir konsept olduğunu göstermenin son önemli adımı. Bu, yenilenebilir enerjiyi çoğaltma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adım.” dedi.
