Фотоэлектрические подсолнухи от IBM производят электричество и воду
Научно-исследовательская организация IBM Research совместно с частной швейцарской компанией Airlight Energy, специализирующейся на производстве и поставке солнечных технологий для крупномасштабного производства, объявили о выпуске новго тарелочного параболического отражателя, который усиливает солнечное излучение в 2000 раз, одновременно производя пресную воду и очищая воздух.
Новая Концентраторная Фотоэлектрическая Система (Concentrator PhotoVoltaics (CPV)) использует плотный массив охлаждаемых водой солнечных элементов которые преобразовуют до 80% солнечного излучения в полезную энергию.
CPV выглядит как 10-метровый подсолнечник, который может генерировать 12 киловатт электроэнергии и 20 кВт тепла в солнечный день – достаточно для энергопитания нескольких средних домов, по словам Бруно Мишель (Bruno Michel), ведущего ученого данного проекта в IBM Research, Швейцария.
Зеркала фокусируют солнце на солнечных элементах для получения электричества. Точка возгорания кремниевых солнечных элементов находится в районе 1500 градусов Цельсия. Но ученые IBM, применяя опыт построения суперкомпьютеров, смогли добится относительно не высокой рабочей температуры в 105 градусов Цельсия, охлаждая элементы водой.
Очень плотный массив фотоелектрических элементов, зеркал и электрического ресивера накрыты надувным прозрачным пластиковым куполом для защиты от погодных условий.
IBM и Airlight Energy в настоящее время работают над технологией, первые продажи которой планируются в 2017 году.
Илария Бесоззи (Ilaria Besozzi), менеджер по развитию бизнеса в Airlight Energy, говорит, что система CPV будет позиционироваться на рынке для использования в городских условиях и в географически отдаленных районах.
Система не подходит для установки на крышах, так как весит около 10 тонн и занимает 47 квадратных метров; вместо этого система отлично впишется как источник электропитания для торговых или коммерческих центров, отелей и курортов.
Системы CPV существовали примерно с 1970-х годов и использовали либо линзы либо изогнутые зеркала, чтобы сосредоточить солнечный свет на небольшой площади фотоэлектрических элементов, увеличивая количество вырабатываемой электроэнергии.
Традиционные фотоэлектрические солнечные системы, которые обычно устанавливаются на крышах зданий, обладают эффективностью около 15-20%. Как правило, система CPV увеличивает излучение от солнца примерно в 500 раз, система IBM/Airlight увеличивает этот показатель в 2000 раз, достигая при этом эффективности в 80%.
Поскольку солнечные лучи оказываются предельно сконцентрированы на фотоэлектрических элементах, весь массив требует интенсивного охлаждения для того, чтобы оставаться в рабочих температурных пределах. Запоненая водой радиаторная система, предназначенная для охлаждения «подсолнуха», одновременно может поставлять горячую воду для обогрева и обеспечивать кондиционирование воздуха при помощи абсорбционного охладителя.
Горячая вода затем может быть использована в присоединенной системе опреснения, что создает питьевую воду, путем пропуска ее через мембрану, подобную Gortex («дышащие» водонепроницаемые мембраны, используются в одежде и обуви).
Система CPV, занимающая 40 квадратных метров, может производить почти 1320 литров воды в день, по словам Бесоззи.
IBM и Airlight утверждают, что CPV система производит от 30 до 40 литров питьевой воды на один квадратный метр ресивера за день, вырабатывает при этом электричество с эффективностью более чем 25% или 2 кВт*ч за день – «немного меньше половины суточной потребности воды среднестатистического человека».
В своих рекламных проспектах компания утверждает, что «большая многотарелочная инсталляция сможет обеспечить водой целый город».
«Поскольку проект находится в пилотной фазе, компания пока не раскрывает цены», - говорит Бесоззи. Но поскольку новый отражатель изготовлен из менее дорогих цемента и алюминия, он стоит в 4-5 раз дешевле аналогичных систем – обычно CPV системы производят из стекла и алюминия.
Параболическая тарелка отражателя имеет 36 элиптических зеркал с толщиной в 0.2 миллиметра, произведенных из фольги полученной из переработанного алюминия и покрытой серебром. Толщина элементов немного больше, чем фольга для заворачивания шоколада.
Фотоэлектрические элементы, аналогичные используемым на спутниках, вращающихся на орбите Земли, смонтированы на микроструктурах, состоящих из миниатюрных трубок, толщиной в несколько десятых микрона, через которые прокачивается вода, поглащающая тепло и уносящая его от элементов к теплообменнику. По словам IBM такая система «в 10 раз эффективнее пассивного воздушного охлаждения».
Исходя из имеющегося дизайна, инженеры IBM предполагают, что срок службы системы составит около 60 лет при условии правильного обслуживания.
В течение этого времени, однако, изготовленные из алюминевой фольги зеркала придется менять каждые 10-15 лет в зависимости от условий окружения. Также компания уточнила, что сами фотоелектрические элементы потребуют замены каждые 25 лет.
