NREL 以创纪录的 40% 效率从热量中捕获光,在热光伏领域取得长足进步

NREL 以创纪录的 40% 效率从热量中捕获光,在热光伏领域取得长足进步

NREL 的新电池超过之前的效率记录超过 8 个百分点,开启了更高效的热能存储应用

国家可再生能源实验室 (NREL) 在建造太阳能电池方面有着悠久的历史,这些太阳能电池以创纪录的效率捕获来自太阳的光。但太阳并不是光伏可以捕获能量的唯一光源。热物体也会发光——通常以更长、更低能量的波长——而热光伏 (TPV) 是经过优化以捕获该光的光伏电池。

NREL 开发的新型光伏电池远远超过了之前的 TPV 32% 的世界纪录效率。为与麻省理工学院 (MIT) 联合演示电能存储概念而开发的新设备在Nature上的一篇文章中有所描述。

NREL 以创纪录的 40% 效率从热量中捕获光,在热光伏领域取得长足进步

NREL/MIT 团队开发的设备由两层吸光层组成,背后是高反射金镜层,然后是散热器。散热器可防止电池变得太热,从而导致效率损失。图经麻省理工学院 Alina LaPotin 许可改编

这种效率创纪录的装置旨在从加热到 2,400°C 的物体中收集能量,最高效率达到 41.1% (± 1%),在相关温度范围内的平均效率为 36.2%。

“高效率对于 TPV 系统的工程和经济可行性至关重要,而这一新的 41% 的创纪录效率是朝着使这种热能电网存储概念成为现实迈出的一大步,”该论文的 NREL 作者丹弗里德曼说。

改进的热电转换有望实现新的储能可能性

值得注意的是,效率为 40% 的 TPV 设备可以以比传统蒸汽轮机更高的效率将热能转化为电能,例如用于煤炭或核电站的蒸汽轮机。 TPV 具有降低成本、加快响应时间、兼容各种系统尺寸(从瓦到千兆瓦)以及由于更少的活动部件而降低维护成本的潜力。

TPV 电池还经过优化,可在 2,000°C 以上的热源下运行,这对于传统的蒸汽轮机来说太热了。天然气和氢气可以在这些温度下燃烧,但也许最重要的是,已经设想低成本、大规模的热能存储系统在这些温度下运行。

热能电网存储系统作为电池运行,吸收电能并将其转化为高温热量进行存储(想想一个巨大的烤面包机)。然后,TPV 在需要时将热量转换回电能,提供低成本的按需清洁能源。该团队创建的 TPV 设备——曾在与麻省理工学院的大型联合项目中得到证明——可能代表着使清洁能源存储成本降低和可扩展性的关键里程碑。

“到目前为止,热能电网存储还没有引起人们的广泛关注,因为我们传统上只关注将热能转化为电能,而不是相反,”NREL 研究员马志文说,他领导着一个单独的热能电网存储系统项目。与这项 TPV 研究无关。 “使用电热转换来存储能量在扩展能量存储并将其放置在需要的地方提供了巨大的好处。新的世界纪录 TPV 电池的开发改进了热能存储的热电转换,使该技术比以往任何时候都更具吸引力,以支持日益增长的可再生能源整合需求。”

精心设计打造世界纪录 TPV 电池

效率为 41% 的 TPV 设备是一种串联电池——一种光伏设备,由两个相互堆叠的光吸收层构成,每个层都经过优化以吸收略有不同波长的光。与过去的 TPV 设计相比,该团队通过使用经过优化以吸收更高能量红外光的高性能电池实现了这一创纪录的效率。此设计基于 NREL 团队之前的工作。

另一个导致高效率的关键设计特征是电池背面的高反射金镜。大部分发射的红外光具有比细胞活性层可以吸收的波长更长(能量更低)的波长。该背面反射器将 93% 的未吸收光反射回发射器,在发射器中被重新吸收和重新发射,从而提高了系统的整体效率。进一步提高背反射器的反射率可以推动未来的 TPV 效率接近或超过 50%。

详细了解 NREL在热光伏高效光伏器件方面的工作。有关 NREL 的 TPV 研究的更多信息,请联系Myles Steiner

文章由美国能源部 (DOE) 的国家可再生能源实验室 (NREL)提供。

相关故事的特色图片,新项目使热光伏技术更接近商业化。照片由麻省理工学院的 Alina LaPotin 拍摄。

来源: CleanTechnica </a

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