Koncept opiera się na połączeniu trzech typów technologii, które przekształcają różne długości fal widma promieniowania słonecznego, jak również magazynują energię do wykorzystania po zachodzie słońca.

Powyższe rozwiązanie pozwala na wykorzystanie znacznie szerszego spektrum światła słonecznego aniżeli w przypadku zastosowania każdej technologii z osobna.  Ponadto, system zapewnia niższe koszty produkcji energii oraz większą kompatybilność z siecią elektroenergetyczną.

Idea zakłada połączenie ogniw fotowoltaicznych, przekształcających światło widzialne oraz promieniowanie ultrafioletowe w elektryczność z urządzeniami termoelektrycznymi, przekształcającymi ciepło w energię elektryczną oraz z turbinami parowymi, które generują elektryczność. Energia promieniowania słonecznego ulega rozdzieleniu pomiędzy poszczególne komponenty układu. Wysokoenergetyczne fotony (UV i światło widzialne) są zamieniane bezpośrednio w elektrony przy wykorzystaniu ogniw fotowoltaicznych, podczas gdy fotony o niższym potencjale energetycznym w postaci ciepła są wyłapywane i przy pomocy luster skupiane na selektywnym absorberze solarnym w celu bezpośredniego przekształcenia w energię elektryczną bądź zmagazynowania i późniejszego wykorzystania po zachodzie słońca.

Hybrydowy system solarny

Schemat przedstawia działanie hybrydowego systemu generowania elektryczności przy wykorzystaniu energii słonecznej: promieniowanie słoneczne jest gromadzone i przekształcane przy zastosowaniu fotowoltaiki (PV), urządzenia termoelektrycznego (TE) oraz silników mechanicznych, co pozwala osiągnąć 50% efektywności, źródło: Purdue University

Z racji swojej selektywności system w sposób wysoce efektywny wykorzystuje maksymalną ilość promieniowania słonecznego. Magazynowanie termiczne pozwala na znaczną elastyczność w generowaniu elektryczności tak, że produkcja energii elektrycznej może mieć miejsce jeszcze kilka godzin po zachodzie słońca, dzięki czemu zapewniona jest jej jednolitość. System został zaprojektowany w taki sposób, aby zaspokoić zmieniające się zapotrzebowanie na elektryczność o różnych porach dnia.

Zazwyczaj wykorzystanie energii elektrycznej przedstawia się następująco: niskie zużycie w nocy, znaczny wzrost w godzinach porannych, niewielki spadek w ciągu dnia i raptowny wzrost w późnych godzinach popołudniowych. Fotowoltaika bardzo dobrze odpowiada obciążeniu w ciągu dnia, jednak nie w godzinach szczytu. Zatem magazynowanie energii przez kilka godzin umożliwia wykorzystanie jej w czasie gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na elektryczność.

W najlepszym przypadku system będzie mógł osiągnąć 50-procentową efektywność, podczas gdy użycie samych ogniw fotowoltaicznych daje efektywność na poziomie 31%.

Nowy selektywny absorber i reflektor solarny stanowią podstawę tego projektu i spełniają dwie kluczowe role: zwiększenie efektywności poprzez odbicie światła widzialnego, absorpcję promieniowania w zakresie bliskiej podczerwieni oraz podwyższenie temperatury magazynowanego ciepła, które następnie jest wykorzystane w postaci energii elektrycznej, gdy zajdzie taka potrzeba w ciągu dnia.

Połączenie trzech komponentów generujących energię: modułów PV, urządzenia termoelektrycznego oraz silników elektrycznych pozwala osiągnąć wysoki poziom egzergii, czyli maksymalnej pracy, jaką układ termodynamiczny otwarty może wykonać w danym otoczeniu.

Teoretyczny projekt systemu nadal wymaga weryfikacji poprzez przeprowadzenie badań eksperymentalnych. Selektywny absorber oraz wysokotemperaturowe moduły termoelektryczne wciąż potrzebują udoskonaleń. Należy również zminimalizować straty termiczne na poszczególnych powierzchniach, zintegrować wymienniki ciepła oraz zredukować ciśnienie promieniowania termicznego w całej strukturze.

„Sądzę, iż projekt systemu hybrydowego jest możliwy do zrealizowania”, mówi Peter Bermell- adiunkt na Uniwersytecie Purdue, ekspert w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz współautor badań. „Ogólnie rzecz biorąc wiemy, co należy zrobić, aby zapewnić sprawne współdziałanie poszczególnych komponentów”. Teraz pozostaje tylko wcielić ten plan w życie.

Opracowano na podstawie: Purdue University

Materiał pochodzi z październikowego wydania miesięcznika GLOBEnergia+.


POBIERZ DARMOWĄ APLIKACJĘ MOBILNĄ GLOBEnergia Plus i przeczytaj inne, ciekawe materiały!

AppStore
  GooglePlay

Julita Zapilaj

Redaktor GLOBEnergia