Британская исследовательская группа разработала концепцию фотоэлектрического листа, который может производить электричество, воду и тепловую энергию в одном устройстве. Система, вдохновленная листом, основана на биомиметическом слое транспирации (BT), который охлаждает встроенный фотоэлемент и использует избыточное тепло от элемента для производства воды и тепловой энергии.
Исследователи из Имперского колледжа Лондона разработали новую концепцию фотоэлектрического листа (PV-leaf), который способен производить электричество, тепловую энергию и воду.
В исследовании “Высокоэффективный гибридный фотоэлектрический лист нескольких поколений, вдохновленный биологией”, опубликованном в nature communications, исследовательская группа описала систему как гибридный фотоэлектрический лист нескольких поколений, основанный на биомиметической структуре транспирации, изготовленной из бамбуковых волокон и многослойных гидрогелевых элементов.
Биомиметический слой транспирации (BT) толщиной 1 мм пассивно перемещает воду из отдельного резервуара для воды на солнечную батарею размером 10 × 10 см, расположенную поверх конструкции. Вода, поступающая на элемент, способна снизить его рабочую температуру, тем самым повышая его эффективность, а избыточное тепло используется для производства воды и тепловой энергии. Фотоэлектрический лист защищен только слоем стекла с высоким коэффициентом пропускания толщиной 0,7 мм.
В структуре используются пучки гидрофильных волокон сосудов, которые равномерно распределяют воду по фотоэлектрическому листу. Гидрогелевые ячейки используются для имитации пучков сосудов и клеток губки. “В слое BT около 30 ветвей пучков бамбуковых волокон однородно встроены в ячейки из сверхпоглощающего полимера (SAP) из полиакрилата калия (PAAK), распределяя воду по всей площади, покрытой слоем BT”, — объяснили ученые, добавив, что края ветвей волокна собраны вместе и пропитаны водой.
Ученые измерили производительность системы при стандартных условиях освещения и сравнили ее с эталонным автономным фотоэлементом, охлаждаемым естественной конвекцией воздуха. Они обнаружили, что фотоэлектрический лист достиг температуры 43,2 ° C, в то время как температура эталонного элемента достигла 68,8 ° C. “Температура неизолированного резервуара для воды близка к температуре окружающей среды и оказывает небольшое влияние на производительность охлаждения”, — заявили они.
Фотоэлектрический лист достиг эффективности преобразования энергии 15,0%, напряжения холостого хода 0,63 В и коэффициента заполнения 0,77. Эталонный элемент, напротив, достиг КПД 13,2%, напряжения холостого хода 0,58 В и коэффициента заполнения 0,75.
Ученые также заявили, что капитальные затраты на дополнительные компоненты, необходимые для PV-leaf, составляют примерно 1,1 долл. / м 2, что составляет около 2% от стоимости обычных солнечных панелей. Срок окупаемости дополнительных компонентов оценивается менее чем в полгода. “Концепция PV-leaf может быть расширена до более крупных коллекторов, за пределами которых даже более крупные солнечные установки коммерческого размера могут быть разделены на несколько небольших участков, выделенных для отдельных, взаимосвязанных фотоэлектрических листов”, — добавили они, имея в виду их возможное применение в реальных проектах.
“По сравнению с предыдущими исследованиями по охлаждению методом испарения, решение в этой работе не требует насоса, блока управления, дорогих пористых материалов и способно охлаждать целевую поверхность до значительно более низкой температуры, что подходит для приложений нескольких поколений, а также для применений терморегулирования фотоэлементов”, — заявили в британской группе, отметив, что система также может использовать морскую воду вместо пресной. “Результаты моделирования показывают, что фотоэлектрический лист обладает лучшими показателями транспирации в жарком и сухом климате”.
Ученые также утверждают, что устройство может генерировать дополнительно 1,1 л / ч / 2м пресной воды при солнечном излучении 1000 Вт / м. Они также считают, что система может также использовать морскую воду вместо пресной. “Результаты моделирования показывают, что PV-leaf обладает лучшими показателями транспирации в жарком и сухом климате”, — подчеркнули они.
Прочитано 915 раз(а)
0 комментариев