Термофотоника - Thermophotonics


Термофотоника (часто сокращенно TPX) - это концепция производства полезной энергии из тепла, которая имеет некоторые общие черты термофотовольтаический (TPV) производство электроэнергии. Термофотоника был впервые публично предложен исследователем солнечной фотоэлектрической энергии. Мартин Грин в 2000 году. Однако, как известно, на сегодняшний день не было продемонстрировано ни одного устройства TPX, очевидно из-за строгих требований к эффективности эмиттера.

Система TPX состоит из светодиод (LED) (хотя возможны и другие типы излучателей), фотоэлектрический (PV) ячейка, оптическая связь между ними и электронной схемой управления. Светодиод нагревается до температуры, превышающей температуру фотоэлектрической панели, от внешнего источника тепла. Если к светодиоду не подается питание, система функционирует так же, как очень неэффективная система TPV, но если прямое смещение применяется при некоторой доле потенциала запрещенной зоны, повышенное количество электронно-дырочных пар (EHP) будет термически возбуждено. к запрещенной энергии. Эти EHP могут затем излучательно рекомбинировать, так что светодиод излучает свет со скоростью выше, чем тепловое излучение скорость («надтепловое» излучение). Затем этот свет доставляется в более холодный фотоэлектрический элемент через оптическую связь и преобразуется в электричество.

Схема управления представляет нагрузку на фотоэлемент (предположительно на точка максимальной мощности ) и преобразует это напряжение в уровень напряжения, который можно использовать для поддержания смещения эмиттера. При условии, что эффективность преобразования электричества в свет и света в электричество достаточно высока, мощность, получаемая от фотоэлемента, может превышать мощность, поступающую в цепь смещения, и эта небольшая часть избыточной мощности (возникающая из-за разницы в тепле) может быть используется. Таким образом, в некотором смысле фотонный Тепловой двигатель.

Возможные применения термофотонных генераторов включают выработку солнечной тепловой энергии и использование отходящее тепло. Системы TPX могут иметь потенциал для выработки электроэнергии с полезными уровнями выходной мощности при температурах, где только термоэлектрический системы теперь практичны, но с более высокой эффективностью.

Патентная заявка на термофотонный генератор, использующий вакуумный зазор с толщиной порядка микрометра или меньше, была опубликована Патентным ведомством США в 2009 году и переуступлена MTPV Corporation из Остина, Техас, США. Этот предлагаемый вариант технологии обеспечивает лучшую теплоизоляцию из-за зазора между горячим излучателем и холодным приемником при сохранении относительно хорошей оптической связи между ними из-за того, что зазор невелик по сравнению с длиной оптической волны.

использованная литература

  • Заявка на патент США № 20090188549. Способ и устройство для улучшенной термофотонной генерации электроэнергии.
  • Грин, Мартин А. (май 2000 г.). «Фотоэлектрические системы третьего поколения: современные конструкции, обеспечивающие высокую эффективность при низких затратах». Труды 16-й Европейской конференции по фотоэлектрической солнечной энергии. Глазго, Шотландия. п. 51.
  • Тобиас, I .; А. Луке (2002). «Идеальный КПД и потенциал солнечных термофотонных преобразователей при оптически и термически сконцентрированном потоке мощности». Транзакции IEEE на электронных устройствах. IEEE. 49 (11): 2024–2030. Bibcode:2002ITED ... 49.2024T. Дои:10.1109 / TED.2002.804731.