Thermofotovoltaïsche (TPV) celgeneratoren maken gebruik van het fotovoltaïsche effect om warmte om te zetten in elektriciteit en kunnen naadloos worden aangesloten op diverse warmtebronnen, zoals hogetemperatuur-restwarmtestromen, variabele hernieuwbare elektriciteit, brandstoffen en geconcentreerde zonnewarmtesystemen. Bij TPV wordt straling gericht op de koude fotovoltaïsche cel, waardoor warmteoverdracht naar de thermische emitter mogelijk wordt. Strategieën zoals het reflecteren of onderdrukken van laagenergetische (buiten de band) thermische straling verminderen de warmte-input, terwijl de absorptie van hoogenergetische (binnen de band) fotonen in de cel elektronen-gatparen genereert.
Dit conversieproces biedt een stille energieopwekkingsoptie dicht bij de gebruiksplaats, met voordelen ten opzichte van conventionele generatoren en traditionele energiecycli. De innovatieve technologie maakt niet alleen het gebruik van laagwaardige warmte, voorheen beschouwd als afvalproduct, voor ruimteverwarming mogelijk, maar vergemakkelijkt ook de productie van warm water voor sanitair gebruik. De baanbrekende thermofotovoltaïsche cel, een nieuw type zonnecel dat thermische energie omzet in elektrische energie, heeft het potentieel om de elektriciteitsopwekking te revolutioneren door de efficiëntie en milieuvriendelijkheid te verbeteren.
Welke materialen worden gebruikt in TPV-cellen?
TPV-cellen met een smalle bandgap omvatten galliumantimonide (GaSb), indiumgalliumarsenide (InGaAs) en diverse andere materialen zoals germanium (Ge) en indiumarsenide (InAs). Ook indiumgalliumarsenideantimonide (InGaAsSb), indiumarsenideantimonidefosfide (InAsSbP) en indiumgalliumarsenideantimonidefosfide (InGaAsSbP) behoren hiertoe.
Zie ook: Wat is een 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 bijzondere aandacht voor de TPV-cel – het cruciale element dat fotonenstraling rechtstreeks omzet in elektriciteit. De TPV-cel werkt door warmte te absorberen en om te zetten in licht , dat vervolgens wordt omgezet in elektrische energie. Dit proces lijkt op dat van een gewone zonnecel, maar blijkt efficiënter te zijn dan traditionele zonnecellen die zonlicht rechtstreeks omzetten in elektriciteit. Het is belangrijk om te weten dat de efficiëntie van een thermofotovoltaïsche cel afhankelijk is van de temperatuur van de warmtebron; hogere temperaturen leiden tot een hogere efficiëntie.
Zie ook: Wat is een thermisch systeem voor 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 kunnen, door een energiebron te leveren, de efficiëntie en milieuvriendelijkheid van elektrische voertuigen verbeteren.
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
Autoafdichtingen en pijpafdichtingen, met name in omgevingen waar hittebestendigheid tot 120 graden Celsius vereist is, zijn voorbeelden van toepassingen. TPV's met Shore-hardheidswaarden van 45A tot 45D zijn zeer geschikt voor toepassingen onder de motorkap van auto's die een verbeterde temperatuur- en oliebestendigheid vereisen.
Aanbevolen: Wat is een fotocel?
