Тихий переворот в энергетике: устройство, генерирующее ток из «ничего», может похоронить целые отрасли

Учёные из Университета Рочестера создали солнечную технологию, способную генерировать в 15 раз больше энергии, чем традиционные установки. Новое устройство не опирается на привычные фотоэлементы и извлекает электричество напрямую из тепла, создаваемого концентрированным солнечным светом. Об этом сообщает Earth.com.

Как работает солнечная термоэлектрика

В отличие от обычных солнечных панелей, которые преобразуют свет в электричество с помощью полупроводников, термоэлектрические генераторы используют температурный перепад между двумя поверхностями. Когда одна сторона нагревается, а другая остаётся холодной, возникает эффект Зеебека — физическое явление, при котором поток тепла создаёт электрический ток. Чем больше разница температур, тем выше мощность на выходе.

Работу возглавил профессор оптики Университета Рочестера Чуньлей Го, применивший фемтосекундные лазеры для модификации поверхности материалов. Такой подход позволил повысить эффективность устройства без радикальной смены его компонентов.

"Мы не создаём новые материалы, мы учимся лучше управлять светом и теплом", — отметил профессор оптики Чуньлей Го.

Ранее термоэлектрические генераторы преобразовывали менее одного процента солнечной энергии, что делало их малопрактичными. Новое решение показывает, что правильное управление теплом способно кратно увеличить эффективность даже без сложных новшеств.

Вольфрам, лазеры и тепло

Учёные использовали тонкую вольфрамовую пластину, поверхность которой была обработана сверхбыстрыми лазерами. После этого металл стал почти чёрным и превратился в селективный солнечный поглотитель, способный эффективно улавливать видимый свет и минимизировать потери тепла. Чтобы удержать нагрев, исследователи покрыли пластину прозрачной плёнкой, создающей мягкий "парниковый эффект". Это позволило вольфраму достигать более высоких температур без усложнения конструкции. Такой метод увеличивает эффективность без добавления лишних деталей или сложных систем.

Охлаждение и повышение эффективности

Для холодной стороны генератора учёные использовали ту же лазерную обработку, но уже на алюминиевой фольге. Микроканавки и выступы, созданные лазером, увеличили площадь поверхности и улучшили теплоотдачу.

Благодаря этому температурный контраст между сторонами стал стабильнее, а эффективность — выше. Испытания показали, что новая конфигурация рассеивает тепло почти вдвое быстрее обычной. При этом вес устройства увеличился лишь незначительно, что делает технологию удобной для портативных приборов и автономных сенсоров.

Перспективы применения

Термоэлектрические модули могут использоваться в системах Интернета вещей, носимой электронике и автономных датчиках, особенно там, где нет возможности подключения к электросети. Технология позволяет преобразовывать даже слабый тепловой поток в энергию, обеспечивая работу небольших устройств.

Похожие принципы уже применяются на промышленных объектах. Например, энергетическая система GranForno, работающая на солнечной энергии, демонстрирует, как можно снизить выбросы CO₂ и повысить автономность производства. Этот пример подтверждает, что солнечные технологии способны приносить ощутимую выгоду не только в лабораториях, но и в реальной экономике.

В будущем термоэлектрические установки могут объединяться с фотоэлектрическими модулями, создавая гибридные системы, способные работать при любых условиях освещённости и температуре.

Вызовы и дальнейшие шаги

Главная сложность в распространении таких технологий — масштабирование. Пока лазерная обработка остаётся точной, но медленной процедурой. Для промышленного применения потребуется автоматизация, способная обрабатывать большие поверхности металла без потери качества.

Также важно проверить долговечность материалов в разных климатических условиях: как они поведут себя под воздействием пыли, влаги и перепадов температур. Если эти испытания подтвердят стабильность свойств, солнечная термоэлектрика сможет стать частью новых энергетических систем.

Учёные отмечают, что интеграция подобных решений в региональные энергосети уже начинается. Так, разработка НГТУ, адаптирующая энергетику к погодным условиям, показывает, как алгоритмы могут управлять автономными системами электроснабжения и повышать устойчивость энергосетей в северных регионах.

Сравнение солнечных технологий

Современные фотоэлектрические панели и термоэлектрические генераторы по-разному используют энергию солнца.

1. Фотоэлектрические системы преобразуют свет напрямую в электричество, обеспечивая стабильную работу при достаточной освещённости.
2. Термоэлектрические — используют тепловой поток, что делает их эффективными в жарких регионах и при рассеянном свете.
3. Гибридные решения объединяют оба подхода, позволяя получать больше энергии с минимальными потерями.

Популярные вопросы о солнечной термоэлектрике

Чем термоэлектрические генераторы отличаются от обычных солнечных панелей?
Они используют не свет, а тепло — и благодаря этому работают даже при рассеянном солнечном излучении.

Где их можно применять?
В датчиках, носимых устройствах, автономных системах наблюдения и на промышленных объектах, где есть постоянный источник тепла.

Экологичны ли эти технологии?
Да, они не выделяют вредных веществ и могут работать десятилетиями без вреда для окружающей среды.

Что мешает массовому внедрению?
Главным барьером остаются высокая цена обработки и необходимость технологической адаптации для масштабного производства.