Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Инженеры обеих компаний использовали наработки IBM по системе прямого охлаждения воды и технологий водопоглощения, а также проанализировали созданные при участии IBM и Египетского исследовательского центра нанотехнологий приёмники солнечного излучения. Результатом их трудов стала инновационная универсальная система с кодовым названием HCPVT.
Каждая конструкция представляет собой параболическую антенну площадью 40 квадратных метров, которая покрыта 36 эллиптическими зеркалами из пластиковой плёнки толщиной всего 0,2 миллиметра. Система HCPVT концентрирует солнечное излучение на ряде приёмников с жидкостным охлаждением, каждый из которых содержит массив чипов площадью в квадратный сантиметр. Каждый чип способен генерировать до 57 ватт электроэнергии при работе в течение одного солнечного дня. Вместе они производят до 2 кВт электроэнергии и 20 кВт тепла.
Система охлаждения состоит из микроструктурированных трубок, которые проводят очищенную воду вокруг приёмников. Тем самым избыточное тепло удаляется в 10 раз эффективнее, чем при использовании стандартных методик. Вода нагревается примерно до 85-90°C, но отвод тепла от чипов удерживает их при относительно низких, пригодных для работы температурах. Без этого охлаждения сконцентрированная энергия солнца довела бы температуру чипов до 1500°C, отмечают разработчики в пресс-релизе IBM.
"Технология прямого охлаждения при очень небольшой мощности накачки используется для охлаждения фотовольтаических чипов. Создавая эту систему, мы вдохновлялись разветвлённой системой кровоснабжения в организме человека", — рассказывает ведущий автор исследования Бруно Мишель (Bruno Michel) из IBM Research.
Система HCPVT также может быть настроена таким образом, чтобы она обеспечивала людей питьевой и горячей водой, а также занималась охлаждением воздуха. Так, вода содержащая соли проходит через нагревательные трубки, а затем переходит в дистилляционную систему с проницаемой мембраной, где она выпаривается и опресняется.
Для получения холодного воздуха в целях кондиционирования помещений отходящее тепло можно пропускать через адсорбционную холодильную машину, которая представляет собой теплообменник с испарителем и конденсатором, который использует воду в качестве хладагента.
Такая система способна выдавать 40 литров питьевой воды на квадратный метр приёмника ежедневно. А если поставить на определённой площади достаточно конструкций, то в теории одна "ферма" сможет обеспечивать питьевой водой целый город.
"Мы используем вторичные энергоресурсы для дистилляции и кондиционирования, получаем 25% доходности по солнечной энергии и 80% энергоэффективности. При этом наша конструкция сама способна отслеживать движения солнца так, чтобы поворачиваться к нему под оптимальным углом", — рассказывает Мишель.
Разработчики отмечают, что их "подсолнух" может быть далеко не первой и, возможно, не самой мощной станцией по выработке энергии из солнечного излучения. Однако система HCPVT на сегодняшний день является самой универсальной и удовлетворяет целый ряд базовых потребностей цивилизованного населения современных городов.
Срок службы каждого "подсолнуха" оценивается приблизительно в 60 лет при должном содержании, замене фольги и эллиптических зеркал каждые 10-15 лет (в зависимости от среды эксплуатации). Фотовольтаические элементы придётся заменять каждые 25 лет.
Первые коммерческие модели HCPVT будут поставляться на рынок приблизительно через два-три года (2016-17 год), поскольку системы опреснения, дистилляции и охлаждения требуют дополнительных, но минимальных доработок.
Компании Airlight и IBM также позаботятся и о тех регионах, которые не смогут себе позволить приобрести "подсолнухи" HCPVT: для этого представители регионов должны будут подать конкурсную заявку. Приём заявок стартует в январе 2015 года, а победители будут объявлены в декабре 2015 года. Полноценный коммерческий запуск системы назначен на 2017 год.