Солнечная энергетика прорыв: «Черный металл» повышает КПД генераторов в 15 раз
Ученые, занимающиеся поиском способов повышения эффективности солнечной энергетики, разработали технологию, которая увеличивает производительность генераторов в 15 раз. Ключевой элемент инновации — лазерная обработка металлов, создающая уникальную «черную поверхность», способную поглощать и удерживать тепло.
Прорыв стал возможен благодаря пятилетним исследованиям команды из Рочестерского университета (США). Они предложили использовать лазерно-гравированные материалы в солнечных термоэлектрических генераторах (STEG) — устройствах, преобразующих тепло в электричество за счет эффекта Зеебека. Этот принцип основан на возникновении напряжения при разнице температур между двумя материалами.
Как работают STEG?
Типичный STEG состоит из полупроводников, помещенных между горячей и холодной сторонами. При нагреве солнечным светом электроны перемещаются через полупроводник, генерируя ток. Однако традиционные STEG имеют КПД менее 1%, тогда как фотоэлектрические панели достигают 20%. Проблема в плохом поглощении тепла и его быстрой потере.
Лазерное совершенство
Исследователи изменили подход: они фокусировались не на полупроводниках, а на оптимизации горячей и холодной частей устройства.
- Горячая сторона: Вольфрам обработали сверхбыстрыми лазерными импульсами, выгравировав микроскопические канавки. Это создало «черный металл» с рекордной поглощающей способностью. Дополнительный слой пластика задерживал тепло, образуя «мини-теплицу».
- Холодная сторона: Алюминий также подвергли лазерной обработке, превратив его в высокоэффективный теплоотвод, который рассеивает тепло вдвое лучше стандартных аналогов.
Результаты испытаний
В тестах модифицированный STEG под светом, в 5 раз более интенсивным, чем солнечный, полностью запитал светодиод. Обычный генератор не справился даже при 10-кратной яркости. Это эквивалентно 15-кратному росту производительности. «Мы не трогали полупроводники, а переосмыслили конструкцию устройства», — отметил профессор Чуньлэй Го, соавтор исследования, опубликованного в журнале Light: Science & Applications.
Перспективы
Технология пока не заменит солнечные фермы, но идеальна для маломощных решений:
LocalLink— Датчики Интернета вещей (IoT) без замены батарей.
LocalLink— Носимые устройства с автономным питанием.
LocalLink— Энергосистемы для удаленных регионов.
Что дальше?
Ученые планируют масштабировать метод и испытать его в реальных условиях. Они также изучают другие метаматериалы для оптимизации теплообмена. По прогнозам, через 5–7 лет такие генераторы могут стать основой для «умных» городов с нулевым углеродным следом.
Этот прорыв не только делает солнечную энергетику доступнее, но и открывает путь к созданию гибридных систем, объединяющих фотоэлементы и STEG для круглосуточного энергоснабжения.
