Moduły termoelektryczne zastąpią ogniwa fotowoltaiczne? Nowy wynalazek AGH
Polscy naukowcy opracowali przełomową technologię. Zespół pod kierownictwem prof. dr. hab. inż. Krzysztofa Wojciechowskiego z Wydziału Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie we współpracy z partnerami z Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz Instytutu Fizyki PAN w Warszawie opracował i stworzył prototypowe moduły termoelektryczne. Mogą być one znacznie wydaje niż technologie fotowoltaiczne.
Redakcja GLOBEnergia
Naukowcy z AGH opracowali niedrogie moduły termoelektryczne o gęstości mocy ponad dziesięciokrotnie przewyższającej ogniwa fotowoltaiczne – prototypowa gęstość sięga do 2,5 kW/m2. Obecnie polscy wynalazcy poszukują inwestora, który podejmie się stworzenia prototypowej linii produkcyjnej.
Ciepło odpadowe na energię elektryczną
Jak wyjaśniają naukowcy, technologie używane dotychczas do konwertowania ciepła odpadowego na prąd cechuje niska wydajność i wysoka cena, przez co ich zastosowania są mocno ograniczone. Jednocześnie rośnie zapotrzebowania na energię w procesach technicznych np. w przemyśle. Miks energetyczny Polski jest w znacznym stopniu uzależniony od surowców energetycznych. Okazuje się, że nawet w połowie nie wykorzystujemy pierwotnego potencjału procesu ich spalania. Szacuje się, że jedynie około 40 proc. energii pochodzącej m.in. ze spalania węgla i węglowodorów jest wykorzystywane, podczas gdy pozostałe 60 proc. rozprasza się w powietrzu w postaci ciepła odpadowego. Te ciepło można byłoby przekształcić w energię elektryczną.
Moduły termoelektryczne
Istnieją już technologie, które pozwalają na przekształcenie ciepła odpadowego w energię elektryczną. Można w tym celu wykorzystać instalacje mechaniczne – np. systemy ORC czy silniki Stirlinga, które jednak często okazują się zbyt problematyczne w eksploatacji – wyjaśnia AGH. Alternatywą mogą być właśnie moduły termoelektryczne. Ich integralną częścią są elementy mające formę niewielkich, połączonych szeregowo kostek półprzewodnikowych. W typowych konstrukcjach elementy termoelektryczne umiejscowione są pomiędzy ceramicznymi okładzinami, które pełnią rolę izolatora. Przy podgrzewaniu jednej z okładzin i chłodzeniu drugiej powstaje napięcie elektryczne i wytwarzany jest przepływ prądu.
Moduły termoelektryczne są już stosowane przez NASA. Wykorzystują one ciepło powstałe w wyniku rozpadu izotopów, np. plutonu-238. W warunkach ziemskich źródłem ciepła mógłby być jednak np. piec w cementowni bądź hucie, instalacja rafineryjna czy geotermalna albo przewód spalinowy samochodu.
Tańsza opcja?
Proces technologiczny wytwarzania oraz koszt materiałowy opracowanego rozwiązania nie odbiega od elementu fotowoltaicznego o tożsamych rozmiarach.
Zważywszy na znacznie większą gęstość mocy konwerterów termoelektrycznych, cena za 1 W mocy elektrycznej powinna być też znacznie korzystniejsza niż w przypadku paneli fotowoltaicznych.
Wyjaśnia prof. Wojciechowski
Koszt modułów można obniżyć m.in. dzięki zastąpieniu ceramicznych okładzin mniej kosztownymi i znacznie lepiej przewodzącymi ciepło stopami aluminium. Cena modułu termoelektrycznego stworzonego w warunkach laboratoryjnych, gdzie wszystkie prace były wykonywane niemalże ręcznie przez członków zespołu, osiąga wartość zbliżoną do smartfona z najwyższej półki. Do obniżenia cen technologii potrzebny jest efekt skali, czyli pierwsza linia produkcyjnej. Naukowcy skupiają się obecnie na poszukiwaniu inwestora.Zdjęcie główne: www.agh.edu.pl
Źródło: AGH
