Projekt badawczy budowy innowacyjnego konwertera energii

W 2014 roku rozpoczęto projekt badawczy ARPA-E dotyczący budowy hybrydowego konwertera energii słonecznej. Zespół naukowców opracowywał nowe technologie w celu produkcji energii elektrycznej oraz cieplnej dla zwiększenia możliwości i wydajności instalacji. W pracy nad tym projektem brali udział badacze amerykańskiego Uniwersytetu Tulane w Nowym Orleanie, Uniwersytetu w San Diego, zespół Boeing-Spectrolab oraz Otherlab. Koszt prowadzonych działań wyniósł 3,3 miliony dolarów.

Duże zapotrzebowanie na innowacyjne rozwiązania

Inicjatywa wykonania sprzętu wytwarzającego dwa rodzaje energii w kogeneracji pojawiła się w związku z coraz większym rozwojem sektora energetycznego. Stopniowo wzrasta zapotrzebowanie na nowe rozwiązania o większej wydajności, generujące niższe koszty eksploatacji urządzeń. Stworzenie systemu słonecznego do wytwarzania energii elektrycznej w skojarzeniu z energią cieplną mógłby usprawnić proces zaspokajania zapotrzebowania użytkowników.

Jak działa słoneczny konwerter energii?

Na terenie Uniwersytetu Tulane opracowywano prototyp instalacji, natomiast w San Diego przeprowadzano testy terenowe nowego urządzenia. Prace prowadzone były przez profesora fizyki i fizyki inżynierskiej z Tulane – Matthew Escarra – a także profesora inżynierii mechanicznej z San Diego – Daniela Codda.

Prototyp zamontowany w zewnętrznym urządzeniu testowym, źródło:cell.com

Hybrydowy konwerter energii słonecznej ma wytwarzać energię elektryczną z równoczesnym powstawaniem pary. Aby uzyskać efekt takiej produkcji należało nastawić się na maksymalne wykorzystanie promieni słonecznych. Energia elektryczna wytwarzana jest z wysokowydajnych wielozłączowych ogniw słonecznych. Ogniwa te przekierowują promienie światła w podczerwieni do odbiornika termicznego. Tam energia słoneczna wykorzystywana jest do generowania ciepła.
Działanie system wykazało 85,1% sprawności. Wytwarzana przez konwerter para osiągała maksymalną temperaturę 248°C. Przy tych wartościach udało się zachować średnią temperaturę ogniw na poziomie poniżej 110 °C.

Gdy wytworzona energia cieplna nie będzie w danym momencie potrzebna użytkownikowi, wtedy będzie mogła zostać przechowana do czasu zwiększenia zapotrzebowania. Rozwiązanie kogeneracyjnego wytwarzania energii będzie mogło zapewnić dostęp do ciepła na skalę komercyjną i przemysłową. Z hybrydowego konwertera będą więc mogły korzystać takie gałęzie przemysłu jak przetwórstwo żywności oraz produkcja chemiczna. Znajdzie również zastosowanie w procesie uzdatniania wody.

Perspektywy dalszego rozwoju

Zapotrzebowanie na rozwój zarówno sektora energetyki elektrycznej jak i cieplnej napędza działania rozwojowe w tym kierunku. Bardzo dobre wyniki badań nad hybrydowym konwerterem oraz dalsze finansowanie działań zespołu będzie skutkowało dopracowywaniem jego parametrów i zwiększaniem efektywności pracy. Aspekt ekologiczny dodatkowo zwiększa atrakcyjność konwertera słonecznego, jako rozwiązania bezpiecznego dla środowiska.

Źródło: cell.com

Redakcja GLOBEnergia