termofotonika

Termofotonika (często w skrócie TPX ) to koncepcja wytwarzania energii użytkowej z ciepła, która ma pewne cechy wytwarzania energii termofotowoltaicznej (TPV). Termofonika została po raz pierwszy zaproponowana publicznie przez badacza fotowoltaiki słonecznej Martina Greena w 2000 r. Jednak do tej pory nie zademonstrowano żadnego urządzenia TPX, najwyraźniej z powodu rygorystycznych wymagań dotyczących wydajności emitera.

System TPX składa się z diody elektroluminescencyjnej (LED) (chociaż można sobie wyobrazić inne rodzaje emiterów), ogniwa fotowoltaicznego (PV), złącza optycznego między nimi oraz elektroniczny obwód sterujący. Dioda LED jest podgrzewana do temperatury wyższej niż temperatura PV przez zewnętrzne źródło ciepła. Jeśli do diody LED nie zostanie przyłożone zasilanie, system działa podobnie do bardzo nieefektywnego systemu TPV, ale jeśli przyłoży się polaryzację do przodu przy pewnym ułamku potencjału pasma wzbronionego, zwiększona liczba par elektron-dziura (EHP) zostanie wzbudzony termicznie do energii pasma wzbronionego. Te EHP mogą następnie rekombinować promieniście, tak że dioda LED emituje światło z szybkością wyższą niż promieniowanie cieplne (emisja „supertermiczna”). Światło to jest następnie dostarczane do chłodniejszego ogniwa fotowoltaicznego przez sprzężenie optyczne i przetwarzane na energię elektryczną.

Obwód sterujący dostarcza obciążenie do ogniwa fotowoltaicznego (prawdopodobnie w punkcie maksymalnej mocy ) i przekształca to napięcie na poziom napięcia, który można wykorzystać do podtrzymania polaryzacji emitera. Pod warunkiem, że sprawność konwersji energii elektrycznej na światło i światła na energię elektryczną jest wystarczająco wysoka, moc pobierana z ogniwa fotowoltaicznego może przekroczyć moc wejściową do obwodu polaryzacji, a ten niewielki ułamek nadwyżki mocy (pochodzącej z różnicy ciepła) może zostać wykorzystany. Jest to zatem w pewnym sensie fotoniczny silnik cieplny .

Możliwe zastosowania generatorów termofotonicznych obejmują wytwarzanie energii elektrycznej z energii słonecznej oraz wykorzystanie ciepła odpadowego . Systemy TPX mogą mieć potencjał do generowania energii z użytecznymi poziomami mocy wyjściowej w temperaturach, w których obecnie praktyczne są tylko systemy termoelektryczne , ale z wyższą wydajnością.

Zgłoszenie patentowe na generator termofotoniczny wykorzystujący szczelinę próżniową o grubości rzędu mikrometra lub mniejszej zostało opublikowane przez Urząd Patentowy Stanów Zjednoczonych w 2009 roku i przekazane firmie MTPV Corporation z Austin w Teksasie w USA. Proponowany wariant technologii pozwala na lepszą izolację termiczną ze względu na szczelinę pomiędzy gorącym emiterem a zimnym odbiornikiem, przy jednoczesnym zachowaniu stosunkowo dobrego sprzężenia optycznego między nimi ze względu na małą szczelinę w stosunku do długości fali optycznej.

• Zgłoszenie patentowe USA nr 20090188549 Sposób i urządzenie do ulepszonego termofotonicznego wytwarzania energii elektrycznej
• Zielony, Martin A. (maj 2000). „Fotowoltaika trzeciej generacji: zaawansowane struktury zdolne do wysokiej wydajności przy niskich kosztach”. Materiały z 16. Europejskiej Konferencji Fotowoltaicznej Energii Słonecznej . Glasgow, Szkocja. P. 51.

• Twardszy, Nils-P .; Martin A. Zielony (2003). „Termofotonika”. Nauka i technologia półprzewodników . 18 (5): S270–S278. Bibcode : 2003SeScT..18S.270H . doi : 10.1088/0268-1242/18/5/319 .

• Tobiasz, I.; A.Luque (2002). „Idealna wydajność i potencjał słonecznych konwerterów termofotonicznych przy optycznie i termicznie skoncentrowanym strumieniu mocy”. Transakcje IEEE na urządzeniach elektronowych . IEEE. 49 (11): 2024–2030. Bibcode : 2002ITED...49.2024T . doi : 10.1109/TED.2002.804731 .