Термофотоника
Термофотоника (часто сокращенно TPX ) — это концепция получения полезной энергии из тепла, которая разделяет некоторые черты термофотоэлектрической (TPV) генерации энергии. Термофотоника была впервые публично предложена исследователем солнечной фотоэлектричества Мартином Грином в 2000 году. Однако до сих пор не известно ни об одном устройстве TPX, которое было продемонстрировано, по-видимому, из-за строгих требований к эффективности излучателя.
Система TPX состоит из светодиода (LED) (хотя возможны и другие типы излучателей), фотоэлектрического (PV) элемента, оптической связи между ними и электронной схемы управления. Светодиод нагревается до температуры выше температуры PV с помощью внешнего источника тепла. Если к светодиоду не подается питание, система функционирует во многом как очень неэффективная система TPV, но если приложить прямое смещение на некоторой доле потенциала запрещенной зоны, то увеличенное количество электронно-дырочных пар (EHP) будет термически возбуждено до энергии запрещенной зоны. Затем эти EHP могут рекомбинировать излучательно, так что светодиод излучает свет со скоростью, превышающей скорость теплового излучения («сверхтепловое» излучение). Затем этот свет доставляется в более холодный PV элемент через оптическую связь и преобразуется в электричество.
Схема управления представляет нагрузку на фотоэлемент (предположительно в точке максимальной мощности ) и преобразует это напряжение в уровень напряжения, который может использоваться для поддержания смещения излучателя. При условии, что эффективность преобразования электричества в свет и света в электричество достаточно высока, мощность, полученная от фотоэлемента, может превышать мощность, поступающую в схему смещения, и эта небольшая часть избыточной мощности (возникающей из-за разницы температур) может быть использована. Таким образом, в некотором смысле это фотонный тепловой двигатель .
Возможные области применения термофотонных генераторов включают генерацию солнечной тепловой электроэнергии и утилизацию отработанного тепла . Системы TPX могут иметь потенциал для генерации электроэнергии с полезными уровнями выходной мощности при температурах, где в настоящее время применимы только термоэлектрические системы, но с более высокой эффективностью.
Патентная заявка на термофотонный генератор, использующий вакуумный зазор толщиной порядка микрометра или меньше, была опубликована Патентным ведомством США в 2009 году и передана корпорации MTPV из Остина, штат Техас, США. Этот предложенный вариант технологии позволяет улучшить теплоизоляцию за счет зазора между горячим излучателем и холодным приемником, сохраняя при этом относительно хорошую оптическую связь между ними из-за малого зазора по сравнению с оптической длиной волны.
Ссылки
- Заявка на патент США № 20090188549 Метод и устройство для усовершенствованной термофотонной генерации электроэнергии
- Грин, Мартин А. (май 2000 г.). «Третье поколение фотоэлектрических систем: передовые структуры, способные обеспечить высокую эффективность при низкой стоимости». Труды 16-й Европейской конференции по фотоэлектрической солнечной энергии . Глазго, Шотландия. стр. 51.
