Araştırmacılar, geleneksel buhar türbinli elektrik santralleriyle neredeyse aynı performansla yüzde 40'ın üzerinde verimlilikle ısıyı elektriğe dönüştüren yeni bir termofotovoltaik (TPV) hücre ortaya çıkardılar. Hücreler, hareketli parça olmadan güvenilir bir şekilde enerji üreten, şebeke ölçeğinde "termal pillerde" kullanılma potansiyeline sahiptir.

Termofotovoltaik hücreler, yarı iletken malzemeleri fotonların enerjisini önemli ölçüde artıracak kadar ısıtarak çalışır. Yeterince yüksek enerjilerde, bu fotoğraflar malzemenin "bant aralığı" boyunca bir elektronu tekmeleyerek elektrik üretebilir. Şimdiye kadar, TPV hücreleri daha düşük sıcaklıklarda çalıştıkları için sadece yüzde 32'ye varan verimlilik elde ettiler.

Buna karşılık, MIT ve Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı'nın (NREL) yeni tasarımı, 1.900 ila 2.400 santigrat derece (3.452 ila 4.352 derece F) arasındaki beyaz-sıcak ısı kaynaklarından güç alıyor. Bunu yapmak için, biraz daha düşük bant aralıklı bir alaşım üzerinde oturan "yüksek bant aralıklı" metal alaşımları kullanır.

Yüksek bant aralıklı katman, bir ısı kaynağından gelen en yüksek enerjili fotonları yakalar ve onları elektriğe dönüştürürken, düşük enerjili fotonlar ilk katmandan geçer ve voltaja eklenir. İki katmanlı eldiveni çalıştıran herhangi bir foton, enerji israfını önlemek için bir ayna tarafından ısı kaynağına geri yansıtılır.

Bu, yenilenebilir enerjiyi yaygınlaştırma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adımdır.

Bir ısı akışı sensörü kullanarak verimliliği ölçen ekip, gücün sıcaklıkla değiştiğini buldu. 1.900 ila 2.400 santigrat derece arasında, yeni TPV tasarımı yaklaşık yüzde 40 verimlilikle elektrik üretti.

Buhar türbinleri aynı verimliliği sağlayabilir, ancak çok daha karmaşıktır ve daha düşük sıcaklıklarla sınırlıdır. MIT Profesörü Asegun Henry, MIT News'e verdiği demeçte, "Katı hal enerji dönüştürücülerinin avantajlarından biri, hareketli parçaları olmadığı için daha düşük bakım maliyetleriyle daha yüksek sıcaklıklarda çalışabilmeleridir . " "Orada oturuyorlar ve güvenilir bir şekilde elektrik üretiyorlar."

Şebeke ölçeğinde bir termal pilde, sistem güneş gibi yenilenebilir kaynaklardan gelen fazla enerjiyi emecek ve onu çok yalıtılmış sıcak grafit bankalarında depolayacaktır. Gerektiğinde, TPV hücreleri daha sonra bu ısıyı elektriğe dönüştürebilir ve elektrik şebekesine gönderebilir. Deney hücresi sadece bir santimetre kareydi, bu nedenle ekibin şebeke düzeyinde güç için bunu yaklaşık 10.000 fit kareye yükseltmesi gerekecekti, ancak bu ölçekte hücreler oluşturmak için teknoloji zaten var, diyor Henry.

"Termofotovoltaik hücreler, termal pillerin uygulanabilir bir konsept olduğunu göstermenin son önemli adımıydı" dedi. "Bu, yenilenebilir enerjiyi çoğaltma ve tamamen karbondan arındırılmış bir şebekeye ulaşma yolunda kesinlikle kritik bir adım."