Thermofotovoltaïsche (TPV) celgeneratoren maken gebruik van het fotovoltaïsche effect om warmte omzetten in elektriciteit, naadloos aansluitend op verschillende warmtebronnen zoals hogetemperatuur-afvalwarmtestromen, variabele hernieuwbare elektriciteit, brandstoffen en geconcentreerde zonnethermische systemen. Bij TPV wordt stralingsemissie gericht op de fotovoltaïsche cel aan de koude kant, waardoor warmteoverdracht naar de thermische emitter wordt vergemakkelijkt. Strategieën zoals het reflecteren of onderdrukken van thermische straling met lage energie (out-of-band) verminderen de warmte-input, terwijl absorptie van fotonen met hoge energie (in-band) in de cel elektron-gatparen genereert.
Dit conversieproces biedt een stille optie voor stroomopwekking in de buurt van het punt van gebruik, wat voordelen biedt ten opzichte van conventionele generatoren en traditionele stroomcycli. De innovatieve technologie is niet alleen maakt het mogelijk om laagwaardige warmte te benutten, voorheen beschouwd als een afvalproduct, voor ruimteverwarming, maar vergemakkelijkt ook de productie van sanitair warm water. De baanbrekende thermofotovoltaïsche cel, een nieuw type zonnecel die thermische energie omzet in elektrische energie, heeft het potentieel om elektriciteitsopwekking te revolutioneren door de efficiëntie en milieuvriendelijkheid te verbeteren.
Welke materialen worden gebruikt in TPV-cellen?
TPV-cellen met smalle bandgaps omvatten Galliumantimonide (GaSb), Indiumgalliumarsenide (InGaAs), en verschillende andere materialen zoals Germanium (Ge) en Indium Arsenide (InAs). Ze omvatten ook Indium Gallium Arsenide Antimonide (InGaAsSb), Indium Arsenide Antimonide Fosfide (InAsSbP) en Indium Gallium Arsenide Antimonide Fosfide (InGaAsSbP).
Zie ook: Wat is Wafer in PV?
Hoe werken TPV-cellen?
In tegenstelling tot fotovoltaïsche zonnesystemen kunnen thermofotovoltaïsche (TPV) systemen langere tijd werken bij een lagere radiatorverwarmingstemperatuur. Dit systeem bestaat uit vier cruciale componenten en omvat:
- een generator die warmte-energie produceert door middel van brandstofverbranding,
- een radiator die warmte-energie omzet in een emissie spectrum,
- een filter dat het emissiespectrum afstemt op een TPV-cel, en
- de TPV-cel die fotonenstraling omzet in elektrische energie.
De prestaties van elk onderdeel zijn grondig geanalyseerd, met een specifieke focus op de TPV-cel: het kritieke element dat fotonenstraling rechtstreeks omzet in elektriciteit. TPV-cellen functioneren door warmte te absorberen en deze om te zetten in licht, die vervolgens wordt omgezet in elektrische energie. Dit proces lijkt op dat van een gewone zonnecel, maar blijkt efficiënter dan traditionele zonnecellen die zonlicht direct omzetten in elektriciteit. Met name de efficiëntie van een thermofotovoltaïsche cel is afhankelijk van de temperatuur van de warmtebron, waarbij hogere temperaturen resulteren in een hogere efficiëntie.
Zie ook: Wat is een thermisch systeem met geconcentreerde zonne-energie?
Waarvoor worden TPV-cellen gebruikt?
Thermofotovoltaïsche cellen kennen een breed scala aan toepassingen:
1. Energiecentrales
Deze cellen vormen een aantrekkelijke optie voor de opwekking van elektriciteit in energiecentrales, omdat ze elektriciteit uit elke warmtebron kunnen omzetten.
2. Automobiles
Thermofotovoltaïsche cellen hebben, doordat ze een energiebron vormen, het potentieel om de efficiëntie verbeteren en milieuvriendelijkheid van elektrische voertuigen.
3. Ruimtevaartuig
De toepassing omvat ruimtevaartuigen waarmee thermofotovoltaïsche cellen elektriciteit kunnen opwekken, waardoor we minder afhankelijk worden van de hulpbronnen van de aarde.
4. Draagbare elektronica
Thermofotovoltaïsche cellen kunnen draagbare elektronische apparaten zoals laptops en mobiele telefoons van stroom voorzien.
5. Automobiel- en industriële afdichtingen
Voorbeelden van toepassingen zijn auto-afdichtingen en pijpafdichtingen, met name in omgevingen waar hittebestendigheid tot 120 graden Celsius vereist is. TPV's met shore-hardheidswaarden van 45A tot 45D zijn Zeer geschikt voor toepassingen onder de motorkap van auto's waar een betere temperatuur- en oliebestendigheid vereist is.
Aanbevolen: Wat is een foto-elektrische cel?
