ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
ТЕРМОФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Повышение эффективности преобразователей солнечной энергии может быть достигнуто за счет рециркуляции неабсорбированных фотопреобразователем фотонов. Излучатель для этого должен находиться в непосредственной близости от фотодиодов.
На рис. 12.5 изображена схема фтоэлектрического преобразователя, в которой излучатель (нагреваемый концентрированным солнечным излучением или пламенем) освещает фотодиод с шириной запрещенной зоны Wg.
Фотоны с энергией, превышающей Wg, преобразуются полупроводником (сплошные линии) с генерацией электрического тока. Фотоны с энергией меньше Wg проходят через полупроводник не поглощаясь и, отразившись от зеркала, возвращаются обратно к излучателю (штриховые линии).
Роль данного зеркала может играть тыльный электрод фотодиода, выполненный, например, в виде слоя серебра, отделенного от диода тонким слоем оксида. Электрическое соединение зеркала с диодом осуществляется посредством точечных контактов, которые занимают только 1 % всей поверхности зеркала. Тепловой излучатель может быть графитовым, что обеспечивает возможность его работы в температурном диапазоне 2200-2300 К. Полупроводниковым материалом является кремний.
Другое техническое решение предполагает размещение селективного зеркала между излучателем и полупроводником. Зеркало отражает фотоны с энергией ниже W и пропускает фотоны с большей энергией. Недостатком данного решения является сложность создания такого зеркала.
Для повышения эффективности преобразования энергии необходимо снижать тепловые потери излучателя. Так как большой вклад в тепловые потери вносит конвекция, то с целью их снижения пространство между излучателем и диодом может быть вакуумировано. Однако такое решение приведет к тому, что материал излучателя будет медленно разрушаться (сублимировать) и осаждаться на поверхности диода, что вызовет снижение эффективности устройства. Поэтому важно выбирать такие материалы для нагревателя, которые имеют низкую летучесть при расчетных температурах. Иногда практичнее допустить некоторые конвекционные потери, чтобы уменьшить сублимацию излучателя посредством его работы в атмосфере инертного газа, например аргона.
|
Тепловой Фото - Тепловой Оптически Фотоизлучатель диод излучатель селективное ДИОД зеркало Рис. 12.5. Две конфигурации термофогоэлектрических преобразователей |
В термофотоэлектрических преобразователях тип полупроводника и ширина его запрещенной зоны выбираются исходя из температуры излучателя.
Термофотоэлектрические преобразователи были предложены как простейший вариант теплового двигателя, обеспечивающего прямое преобразование энергии излучения пламени в электрическую.
