دانشمندان دانشگاه کلرادو دستگاه ترموفوتوولتائیک (TPV) جدیدی برای تولید برق پاک توسعه داده‌اند که کارایی بیشتری نسبت به محدودیت‌های قبلی از خود نشان می‌دهد.
به گزارش تکناک، این دستگاه به نظر می‌رسد که قانون پایه‌ای فیزیک گرما را نقض کرده و قادر است تابش حرارتی را به برق تبدیل کند. این نوآوری می‌تواند تحولی بزرگ در زمینه تولید برق پاک و بازیابی انرژی حرارتی تلف‌شده ایجاد کند.
فهرست مطالب
چالش انرژی حرارتی تلف‌شده
دکتر لانجی کویی، رهبر این تیم تحقیقاتی، در بیانیه‌ای مطبوعاتی اعلام کرد: «دو سوم از تمام انرژی که ما استفاده می‌کنیم، به گرما تبدیل می‌شود. تصور کنید که بتوانیم این انرژی را ذخیره‌سازی کنیم و تولید برق را بدون استفاده از سوخت‌های فسیلی انجام دهیم. ما می‌توانیم بخشی از این انرژی حرارتی تلف‌شده را بازیابی کنیم و از آن برای تولید برق پاک بهره بگیریم.»
دستگاه‌های TPV سنتی که گرما را به برق تبدیل می‌کنند، تحت تأثیر قانون تابش حرارتی پلانک قرار دارند. این قانون یکی از قوانین بنیادی در فیزیک گرما است، که محدودیتی برای انرژی حرارتی موجود در یک منبع داغ در هر دمای مشخص ایجاد می‌کند. اما دستگاه جدید دانشمندان دانشگاه کلرادو توانسته است این محدودیت را پشت سر بگذارد.
چگالی توان بالاتر
دستگاه توسعه‌یافته توسط این تیم تحقیقاتی، چگالی توان بالاتری نسبت به دستگاه‌های قبلی تولید کرده است. این دستاورد، کاربرد عملی قانون پلانک را تغییر داده است.
بیانیه مطبوعاتی دانشگاه کلرادو بولدر بیان کرد: «با طراحی یک دستگاه TPV منحصربه‌فرد و جمع‌وجور که می‌تواند در یک دست انسان جای بگیرد، ما توانسته‌ایم محدودیت خلا تعریف‌شده توسط قانون پلانک را پشت سر بگذاریم و چگالی توان تولیدی را دو برابر کنیم.»
دستگاه‌های TPV سنتی اغلب از یک فاصله خلا یا گاز پر شده، بین منبع حرارتی و سلول فتوولتائیک استفاده می‌کنند. این فاصله می‌تواند باعث اتلاف قابل توجهی از انرژی و کاهش کارایی کلی دستگاه شود. اما تیم تحقیقاتی دانشگاه کلرادو این محدودیت را با طراحی یک دستگاه TPV منحصربه‌فرد حل کرده‌اند، که فاصله خلا را ندارد. این طراحی نوآورانه نیاز به خلا یا فضای پر از گاز بین منبع حرارتی و سلول فتوولتائیک را از بین می‌برد.
فاصله‌گذار شیشه‌ای، کلید افزایش کارایی برای تولید برق پاک
دستگاه جدید از یک فاصله‌گذار شیشه‌ای استفاده می‌کند، که هم نور مادون قرمز را به‌خوبی عبور می‌دهد و هم عایق حرارتی است. این فاصله‌گذار، انتقال انرژی حرارتی موثرتری را فراهم می‌کند و باعث افزایش قابل توجهی در تولید توان می‌شود.
بیانیه مطبوعاتی این دانشگاه توضیح داد: «این فاصله‌گذار شیشه‌ای یک مسیر با توان بالا ایجاد می‌کند، که به امواج حرارتی اجازه می‌دهد بدون از دست دادن انرژی از دستگاه عبور کنند و تولید برق را بهبود می‌بخشد.»
این ویژگی، دستگاه جدید را از روش‌های قبلی متمایز می‌کند، چرا که دستگاه‌های قدیمی‌تر اغلب به دماهای بالاتری نیاز داشتند تا توان مشابهی تولید کنند. استفاده از مواد در دسترس و به نسبت ارزان‌قیمت مانند شیشه نیز از دیگر جنبه‌های قابل توجه این تحقیق است. پژوهشگران بیان کرده‌اند که استفاده از مواد دیگر ممکن است قدرت دستگاه را تا ۲۰ برابر افزایش دهد.
کارایی در دماهای پایین‌تر
دکتر کویی در این باره گفت: «در گذشته، زمانی که دانشمندان می‌خواستند چگالی توان را افزایش دهند، مجبور بودند دما را بالا ببرند. به عنوان مثال افزایش دما از ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد به ۲۰۰۰ درجه سانتی‌گراد یا حتی بالاتر، که در نهایت برای سیستم انرژی کل، ناسالم و غیرقابل تحمل می‌شود. اما حالا می‌توانیم در دماهای پایین‌تر کار کنیم، که با اکثر فرایندهای صنعتی سازگار است و همچنان همان توان را تولید می‌کند.»
کویی تصریح کرد: «دستگاه ما در دمای ۱۰۰۰ درجه کار می‌کند و توانی مشابه با دستگاه‌های TPV موجود در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتی‌گراد دارد.»
تأثیر بر صنایع مختلف با تولید برق پاک و ارزان
این افزایش کارایی می‌تواند تأثیر زیادی بر صنایع مختلف از جمله تولید، تولید انرژی و حمل‌ونقل داشته باشد. پژوهشگران در این بیانیه مطبوعاتی اعلام کردند: «این دستگاه‌ها قدرت این را دارند که فرایندهای صنعتی با دمای بالا مانند: تولید شیشه، فولاد و سیمان را با برق ارزان‌تر و پاک‌تر متحول کنند.»
همچنین با گرفتن و تبدیل حرارت تلف‌شده به برق، می‌توان مصرف انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش داد. این نوآوری نه‌تنها به بهبود کارایی انرژی کمک می‌کند، بلکه گامی مهم در جهت توسعه فناوری‌های پایدار و دوستدار محیط زیست است.
