Напротив, нынешний материал для поглотителя солнечной энергии работает при более низких температурах и требует ремонта почти каждый год для работы при высоких температурах.«Мы хотели создать материал, который поглощает солнечный свет и не дает ему ускользнуть.
Нам нужна черная дыра солнечного света», — сказал Сунхо Джин, профессор кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Школе Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс. Инженерное дело. Цзинь вместе с профессором Чжаовей Лю с кафедры электротехники и вычислительной техники и профессором машиностроения Ренкуном Ченом разработали материал нанооболочки с покрытием из борида кремния. Все они являются экспертами в области разработки функциональных материалов.
Новый материал имеет «многомасштабную» поверхность, созданную с помощью частиц разных размеров от 10 нанометров до 10 микрометров. Многоуровневые конструкции могут улавливать и поглощать свет, что способствует высокой эффективности материала при эксплуатации при более высоких температурах.Концентрация солнечной энергии (CSP) — это развивающийся рынок альтернативной экологически чистой энергии, который производит около 3,5 гигаватт электроэнергии на электростанциях по всему миру — этого достаточно для питания более 2 миллионов домов, при этом ведется дополнительное строительство, чтобы обеспечить до 20 гигаватт. власти в ближайшие годы. Одна из привлекательных сторон этой технологии заключается в том, что ее можно использовать для модернизации существующих электростанций, использующих уголь или ископаемое топливо, поскольку тот же процесс используется для выработки электроэнергии из пара.
Традиционные электростанции сжигают уголь или ископаемое топливо для получения тепла, которое превращает воду в пар. Пар вращает гигантскую турбину, которая вырабатывает электричество из вращающихся магнитов и катушек из проводов.
Электростанции CSP создают пар, необходимый для вращения турбины, используя солнечный свет для нагрева расплавленной соли. Расплав соли также можно хранить в резервуарах для хранения тепла в течение ночи, где она может продолжать вырабатывать пар и электричество 24 часа в сутки, если это необходимо, что является значительным преимуществом по сравнению с фотоэлектрическими системами, которые перестают вырабатывать энергию с заходом солнца.Один из наиболее распространенных типов систем CSP использует более 100 000 отражающих зеркал, чтобы направить солнечный свет на башню, которая была окрашена распылением светопоглощающим материалом черной краски. Материал разработан для максимального поглощения солнечного света и минимизации потерь света, который естественным образом испускается с поверхности в виде инфракрасного излучения.
Объединенный опыт команды Калифорнийского университета в Сан-Диего был использован для разработки, оптимизации и определения характеристик нового материала для этого типа системы за последние три года. Исследователи включали группу аспирантов Калифорнийского университета в Сан-Диего, специализирующихся в области материаловедения и инженерии, Джастина Тэкён Кима, Брайана Ван Сэйдера и Джеён Мун, которые недавно присоединились к преподавателям Университета Невады в Лас-Вегасе. Синтезированный материал нанооболочки наносится распылением в лаборатории Чена на металлическую подложку для термических и механических испытаний. Способность материала поглощать солнечный свет измеряется в оптической лаборатории Лю с помощью уникального набора инструментов, который выполняет спектральные измерения от видимого света до инфракрасного.
Текущие установки CSP останавливаются примерно раз в год, чтобы удалить разрушенный материал, поглощающий солнечный свет, и повторно нанести новое покрытие, что означает отсутствие выработки электроэнергии во время нанесения и отверждения нового покрытия. Вот почему программа SunShot Министерства энергетики поставила перед исследовательскими группами Калифорнийского университета в Сан-Диего задачу и поддержала их в разработке материала с существенно более длительным жизненным циклом в дополнение к более высокой рабочей температуре для повышения эффективности преобразования энергии. Исследовательская группа Калифорнийского университета в Сан-Диего нацелена на долгие годы использования, и, по их мнению, они близки к достижению этого подвига.
По образцу программы высадки на Луну президента Кеннеди, которая вызвала широкий интерес к науке и исследованию космоса, тогдашний министр энергетики Стивен П. Чу в 2010 году запустил инициативу Sunshot Initiative с целью сделать стоимость солнечной энергии конкурентоспособной по сравнению с другими способами производства электроэнергии к 2020 году.