Uma Nova abordagem à Energia Solar - MIT News Office

Uma nova abordagem à energia solar

Os Sistemas solares termoelétricos híbridos poderiam fornecer vantagens em células solares convencionais ou instalações solares térmicas.

David L. Chandler, MIT News Office

Os Sistemas para aproveitar a energia do sol normalmente geram electricidade ou calor sob a forma de vapor ou água quente. Mas uma nova análise por pesquisadores no MIT mostra que poderia haver vantagens significativas aos sistemas que produzem electricidade e calor simultaneamente.

O novo estudo incorpora termoelectricos — dispositivos que podem produzir uma corrente eléctrica de um gradiente de temperatura — em um sistema térmico solar concentração, também chamado de um cavado parabólico. Tais sistemas usam longos e curvados espelhos (o cavado) à luz solar de foco em um tubo de vidro que corre ao longo da linha central do cavado. Um líquido é bombeado através de que tubo Obtém aquecido pelo sol e, em seguida, pode ser usado para produzir vapor para conduzir uma turbina ou directamente para aquecimento ou processos industriais que requerem calor.

O MIT novo estudo "mostra uma oportunidade única para os termoelectricos integrados nos sistemas solares térmicos," diz Evelyn Wang, professor de engenharia mecânica no MIT, que foi co-autor de um livro descrevendo o potencial para tais sistemas híbridos no Jornal Energia Solar.

O romance arranjo proposto por Wang e estudante de pós-graduação Nenad Miljkovic incorpora um sistema termoelétrico no tubo central de um sistema de parabólica cavado para que ele produz água quente e electricidade ao mesmo tempo. A chave para fazer este trabalho é um dispositivo chamado um termosifão que desenha o calor longe o "frio" parte de um sistema termoelétrico, mantendo seu gradiente de temperatura.

Wang e do Miljkovic sistema modificaria tubo central do sistema de um cavado parabólica em uma série de tubos concêntricos: um tubo estreito dentro do primeiro conteria o material termoelétrico, com um tubo ainda mais estreito no centro do aparelho o termosifão da habitação, passivamente transferência de calor do lado frio termoelétrico e aliviando a necessidade da bomba de fluido de refrigeração como em um sistema de parabólica cavado convencional. O calor levado pelo termosifão poderia ser usada para aquecer água para processos de aquecimento, industrial de espaço ou água quente.

Uma das vantagens desse sistema tem mais tradicional energia fotovoltaica (dispositivos que geram electricidade da luz solar), Wang diz, é que "termoelectricos pode ser muito mais barato do que a energia fotovoltaica". Também, as células solares convencionais não funcionam bem em altas temperaturas. Mas, ela explica, termoelectricos prosperar em condições quentes, que lhes permitem criar um gradiente de temperatura maior.

"Realmente não há nenhum sistema solar agora fazer combinada a produção de electricidade e calor em alta temperatura", diz Miljkovic. Mas, acrescenta, "há empresas tentando ativamente perseguir isso."

Wang "Há uma oportunidade para reunir diferentes tecnologias", diz. Termosifão, que desenha calor de um lugar para outro como um sifão desenha líquido, é "uma maneira passiva de transferência de calor … e pode ser de baixo custo, bem como,", diz ela.

Os Termosifão normalmente são preenchidos com materiais que passam por uma mudança de fase (geralmente de líquido para vapor) que aquecem, e podem atingir uma condutividade térmica — uma capacidade de transferência de calor de um lugar para outro — "muito mais alto do que qualquer material sólido," Wang disse. "É uma maneira eficiente de levar longe do calor, para o que quiser para entregá-lo para".


Wang e Miljkovic desenvolveram um modelo de computador para procurar ideais combinações de materiais existentes para o termoelectricos e o termosifão. Esse modelo permite combinações diferentes ser testado em diferentes condições de funcionamento para tornar o sistema global tão eficiente quanto possível.

Um sistema para uma única casa poderia fornecer calor e electricidade, diz Wang. "Em uma casa, você precisa de muito calor, mas você só precisa tanta electricidade,", diz ela. Enquanto a termoelétrica eficiência desse sistema é relativamente baixo, "em um sistema doméstico você não precisa que muito poder" relativo ao calor, diz ela.

Abraham Kribus, um professor de engenharia mecânica na Universidade de Tel Aviv, em Israel, que não estava envolvido nessa pesquisa, diz Este paper "descreve uma nova abordagem para conversão de energia solar, com resultados otimistas mostrando eficiência de alta conversão teórica."

Kribus acrescenta que porque isso está ainda numa fase inicial de análise, não é ainda claro como esse sistema teria empilhar aos tradicionais sistemas solares em custo e confiabilidade. Mas isto não é uma crítica, ele diz: "Esta é a situação na fase inicial com cada ideia não convencional. … Em geral, o livro mostra um bom começo e uma equipe muito capaz por trás dele".

Wang concorda que é provável levar alguns anos para desenvolver uma aplicação prática destas ideias. Ela e Miljkovic ir em frente com "trabalhando na construção de um sistema para demonstrar" como a combinação poderia funcionar, diz ela.

Este trabalho foi apoiado como parte do MIT S3TEC Center, um centro de pesquisa da fronteira de energia financiada pelo departamento de energia.
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