211service.com
Alternatywa dla twojego alternatora
Naukowcy z MIT opracowują nową technologię przekształcania ciepła w światło, a następnie w energię elektryczną, która może ostatecznie oszczędzić paliwo w pojazdach poprzez wymianę mniej wydajnych alternatorów i umożliwienie pracy układów elektrycznych bez pracy silnika na biegu jałowym.
Generator termofotowoltaiczny (TPV) spala paliwo, aby ogrzać materiał, który emituje światło (oznaczony grzejnik). Światło jest następnie filtrowane i przekształcane w energię elektryczną w ogniwach fotowoltaicznych (PV). (Zdjęcie dzięki uprzejmości Johna Kassakiana, MIT.)
Technologia, zwana termofotowoltaiką, wykorzystuje benzynę do ogrzewania materiału emitującego światło, w tym przypadku wolframu. Ogniwo fotowoltaiczne następnie zamienia światło na energię elektryczną. Pomysł istnieje od lat 60., mówi John Kassakian, profesor elektrotechniki i informatyki w MIT. Ale do tej pory emitery światła do fotowoltaiki wytwarzały nieefektywne i bardzo kosztowne systemy. Kassakian mówi, że udoskonalenia materiałów wykorzystywanych w tych najnowszych urządzeniach – możliwe po części dlatego, że naukowcy mogą modyfikować strukturę materiału w nanoskali – tworzą teraz znacznie wydajniejsze systemy.
Według Kassakiana, system może potencjalnie być bardziej wydajnym sposobem zasilania układów elektrycznych w pojeździe niż obecny, oparty na alternatorze, który marnuje energię w dwóch etapach: silnik spalinowy przetwarza tylko około 30 procent energii zawartej w paliwie na ruchu, a alternator ma tylko 50 procent wydajności w przetwarzaniu energii mechanicznej na energię elektryczną. Mówi, że małe prototypowe urządzenie termofotowoltaiczne, które może potwierdzić lepszą wydajność systemu, może być gotowe za rok.
Naukowcy zmodyfikowali strukturę powierzchni emitera światła, wytrawiając w nim nanometryczne wgłębienia, aby dostroić długości fal emitowanego światła dokładnie do tych, które ogniwo fotowoltaiczne może najskuteczniej przekształcić w energię elektryczną. Udoskonalili urządzenie za pomocą filtrów, które przepuszczają światło o pożądanej długości do ogniw fotowoltaicznych, ale odbijają inne długości fal z powrotem do emitera. Odbite światło przenosi energię, która pomaga utrzymać emiter w wysokiej temperaturze, zmniejszając ilość potrzebnego paliwa.
Oprócz wymiany alternatora na moduł termofotowoltaiczny, mówi Kassakian, technologia ta może być częścią systemu klimatyzacji pojazdów, który nie wymaga sprężarki. Ponieważ znacznie zmniejszyłoby to obciążenie silnika, umożliwiłoby to wyłączenie silnika, gdy pojazd zatrzyma się w korku, i łatwe ponowne uruchomienie. Dzisiejsze hybrydy wykorzystują tę technikę do oszczędzania gazu, ale wymagają dużych akumulatorów, aby zapewnić energię elektryczną do radia i świateł oraz ponownie uruchomić silnik, a także muszą ponownie włączyć silnik, gdy akumulator się wyczerpie. W nowym systemie MIT te baterie nie byłyby potrzebne.
Rzeczywiście, jeśli nowe materiały uczynią bardziej wydajną termofotowoltaikę, nie zabraknie potencjalnych zastosowań. Kassakian mówi, że szczególnie dobra aplikacja, w połączeniu z nowym systemem klimatyzacji, może być wykorzystywana w ciężarówkach z kabinami sypialnymi do chłodzenia kabin i dostarczania energii elektrycznej do telewizorów i innego sprzętu. I, mówi Donald Chubb, badacz z NASA Glenn Research Center, wojsko było nim bardzo zainteresowane w przypadku przenośnych zasilaczy w terenie. Ponieważ nie ma ruchomych części, nie będzie żadnego hałasu, więc nie można go wykryć.
Minie jednak kilka lat, zanim technologia będzie mogła być stosowana w pojazdach. Wyzwania obejmują zwiększenie skali procesu produkcyjnego, opracowanie skutecznych systemów izolacji i chłodzenia w celu zarządzania wytwarzanym ciepłem oraz zapewnienie, że system pozostanie wydajny na większą skalę. Badania MIT są częściowo finansowane przez Toyotę, ale producent samochodów nie zobowiązał się do wdrożenia tej technologii.