У той час як на дахах по всьому світу встановлюють фотоелектричні сонячні панелі для перетворення сонячного світла в електрику, інженер Університету Дьюка вважає , ща за допомогою незвичної гібридної системи можна отримати ще більше корисної енергії із сонячних променів.

 

Замість того, щоб системи, засновані на стандартних сонячних батарей, Duke  інженер Ніко Хотц пропонує гібридний варіант, в якому сонячне світло нагріває поєднання води та метанолу в лабіринті скляних труб на даху. Після двох каталітичних реакцій, система виробляє водень набагато ефективніше, ніж нинішні технології без істотних домішок. В результаті водень може зберігатися і використовуватися на вимогу в паливних елементах.

 

Для аналізу, Хотц дослідив гібридну систему в трьох різних технологіях з точки зору їх ексергетичної продуктивності. Ексергії це спосіб аналізу: скільки з даної кількості енергії теоретично може бути перетворено в корисну роботу.

 

"Гібридна система досягнула ексергетичної ефективності 28,5 відсотка влітку і 18,5 відсотків у зимовий період, порівняно з 5 до 15 відсотків для звичайних систем в літній період, і від 2,5 до 5 відсотків в зимовий період," сказав Хотц, доцент машинобудування та матеріалознавства в Duke's Pratt School of Engineering.

Документ з описом результатів аналізу Хотц був визнаний топовим під час ASME сталого розвитку енергетики на паливних елементах 2011-конференції у Вашингтоні, округ Колумбія. Хотц недавно вступив на факультет Duke's Pratt School of Engineering після закінчення аспірантури в Каліфорнійському університеті в Берклі, де він проаналізував модель нової системи. Він нині будує одну із систем Дьюка щоб перевірити чи дійсно теоретична ефективність відповідає експериментальній.

Порівняння Хотц відбулось у липні та лютому, щоб виміряти продуктивність кожної системи під час літніх і зимових місяців.

Як і в інших сонячних систем, заснованих на АТС починається зі збору сонячного світла. Тоді все стає іншим. Хоча гібридні пристрою може виглядати традиційний сонячний колектор від відстані, насправді серія з мідних труб покриті тонким шаром алюмінію та оксиду алюмінію і частково заповнений каталітичних наночасток. Поєднання води і метанолу протікає через труби, які запечатані в вакуумі.

"Ця установка дозволяє використовувати до 95 відсотків сонячного світла, щоб бути поглиненими з дуже невеликою кількістю втрачається у вигляді тепла в навколишнє середовище", сказав Хотц. "Це дуже важливо, тому що вона дозволяє досягти температури понад 200 градусів за Цельсієм протягом труб. Для порівняння, стандартна сонячний колектор може нагріти воду від 60 до 70 градусів за Цельсієм."

 

Після випаровування рідини досягає цих більш високих температурах, невелика кількість каталізатора додав, яке виробляє водень. Таке поєднання високої температури і додав каталізаторів виробляє водень дуже ефективно, Хотц сказав. В результаті водень може бути негайно направлені на паливних елементах для забезпечення електроенергією будівлі протягом дня, або стискуються і зберігаються в бак для подачі живлення пізніше.

Три системи розглядаються в аналізі, були стандартної комірки фотоелектричних який перетворює сонячне світло безпосередньо в електрику, щоб потім розділити воду електролітично на водень і кисень; фотокаталітичною системи виробництва водню схожа на систему Хотц, але простіше і не дозріли ще, а система, в якій фотоелементів свою чергу сонячне світло в електроенергію, яка потім зберігається в різних типів батарей (з літій-іонний є найбільш ефективним).

"Ми провели аналіз витрат і виявили, що гібридні сонячні метанолу є найменш дорогим рішенням, враховуючи загальну вартість установки $ 7900, якщо вони призначені для виконання вимог влітку, хоча це все ще значно дорожче, ніж звичайне викопне паливо подається Генератор ", Хотц сказав.

Витрати та ефективність системи можуть змінюватись в залежності від місця розташування - так як на даху колектори, які могли б забезпечити всі потреби будинку влітку може не вистачити на зиму. Система даху досить великий, щоб забезпечити всі потреби електричних зимовий буде виробляти більше енергії, ніж потрібно влітку, так що власник може прийняти рішення закрити частину даху структури або, якщо це можливо, продавати надлишкову енергію назад в мережу.

"Витрати на установку в рік, включаючи витрати на паливо, а ціна за кількість виробленої електроенергії, проте, показали, що (гібридні) сонячної сценарії можуть конкурувати з викопним паливом система на основі якоюсь мірою", Хотц сказав. «В літо, перший і третій сценарії, а також гібридні системи, дешевше, ніж генератор пропан-або дизель-спалюють".

Це може бути важливим фактором, особливо якщо структура повинна бути розташована у віддаленому районі, де традиційні види енергії буде дуже складно або дорого отримати.

Дослідження Хотц був підтриманий Швейцарським фондом вітчизняної науки. Разом з ним у дослідженні, були UC-Berkeley, Хен Пан і Костас Грігоропулоса, а також Син Х. Ко в Корейський інститут науки і технологій, Теджон.

 

За матералами ScienceDaily.