تبدیل گرما به برق با کمک نور!

به گزارش خبرگزاری آنا، باتری‌ها ایده آل نیستند و نقص‌هایی دارند. به عنوان مثال آنها از مواد معدنی کمیابی ساخته می‌شوند که بیشتر اوقات با روش‌های غیر حافظ محیط زیست استخراج می‌شوند. این مواد هنگام دور ریز نیز مواد شیمیایی خطرناکی در محیط آزاد می‌کنند که چرخه عمر محدودی دارند.

در زمینه ذخیره سازی انرژی نیز انسان‌ها به شدت به باتری‌ها متکی هستند و به همین دلیل به راه حلی پاک‌تر و سبزتر نیاز است. یکی از روش‌های نوید بخش در این زمینه سیستم‌های ذخیره انرژی (الکتریسیته) گرمایشی (TES) است که الکتریسیته را به عنوان گرما ذخیره می‌کند تا بعدا در صورت نیاز آن را به دوباره به برق تبدیل کند.

TES نیازمند مواد کم هزینه است که در مقایسه با باتری‌ها چرخه عمر کوتاه تری دارند و راحت‌تر می‌توان مقیاس آن را برای سیستم‌های متناسب به شبکه گسترش داد. این سیستم می‌توانند با ذخیره انرژی اضافی خورشیدی یا بادی، تقاضا را تامین کنند و به این ترتیب شبکه‌های انرژی تجدیدپذیر را تثبیت کنند.

در همین راستا محققان دانشگاه رایس یک انتشار دهنده گرمای کارآمد ابداع کرده اند که به توسعه سیستم‌های عملیاتی و مقیاس پذیر TES منجر می‌شود. یک انتشار دهنده گرمایی بخشی کلیدی در TES است که گرما را جذب می‌کند و داغ می‌شود. در مرحله بعد گرما به اشعه الکترومغناطیس تبدیل و با پنل‌های فتولتائیک جذب و برق تولید می‌شود.

 بیشتر اوقات طراحی TES از یک سیستم ترموولتائیک برای تبدیل گرما به برق استفاده می‌کند. این سیستم شامل دو بخش است. یکی از بخش‌ها سلول‌های فتوولتائیک است که نور را به برق تبدیل می‌کند و بخش دیگر انتشاردهنده گرمایی است که گرما را به نور تبدیل می‌کند. هر دو این بخش‌ها باید با یکدیگر کارکنند تا سیستم کارآمد شود.

تاکنون محققان به طور عمده روی بهبود فناوری سلول‌های فتوولتائیک تمرکز کرده بودند. اما چالش اصلی آنجا بود که متوجه شدند این سیستم‌ها طی فرایند تبدیل، انرژی هدر می‌دهند. زیرا انتشاردهنده‌های گرمایی توجه کمتری دریافت کرده بودند و فناوری قدیمی تری داشتند.

 یک انتشاردهنده گرمایی کارآمد برای کاهش هدررفت انرژی حیاتی است، زیرا انرژی را از گرما به برق تبدیل می‌کند. متاسفانه سلول‌های فتوولتائیک مذکور نتوانسته اند چنین دستگاهی را توسعه دهند.

با کمک این نوآوری می‌توان به بهترین عملکرد برای انتشاردهنده‌های گرمایی دست یافت.

محققان دانشگاه رایس چند نانوسیلندر سیلیکونی روی یک ورقه فلزی ساخته شده از تنگستن قرار دادند تا ردیابی گرمایی بسازند. هنگامیکه این سیستم گرما را دریافت می‌کند، فوتون‌هایی آزاد می‌شوند. در این میان نانوسیلندر‌ها مانند رزوناتور‌های طراحی شده برای جذب طول موج خاص یا انرژی این فوتون‌ها عمل می‌کنند.

آنها به شیوه‌ای با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که اجازه می‌یابند تا به طور گزینشی فقط فوتون‌ها را انتخاب و منتشر کنند که انرژی مناسب دارند. این فوتون‌ها به سلول‌های فتوولتائیک ارسال می‌شوند تا به برق تبدیل شوند.