Przepraszam, jeśli temat był już poruszany na forum, ale użycie wyszukiwarki tego nie wykazało.
Sprawa MSZ ciekawa i przyszłościowa.

http://solaris18.blogspot.com/2008/10/czarny-krzem-odkrycie-ktre-moe-by.html

środa, 29 październik 2008
Czarny krzem – odkrycie, które może być przełomem w energetyce solarnej
Dzisiejszy technology review zamieścił ciekawy artykuł na temat przełomowego odkrycia w dziedzinie półprzewodników krzemowych. Firma SiOnyx, która opatentowała odkrycie dokonała prostego doświadczenia, które może stanowić o przyszłości i popularyzacji ogniw fotowoltaicznych. Do naczynia wypełnionego sześciofluorkiem siarki (SF6) włożono zwykły kawałek krzemu, po czym zaczęto go bombardować silną wiązką lasera o malej długości 10-15 m. Wynikiem tego działania powstała chropowata nanostuktura 300 [nm] z miliardami stożków, co obrazuje grafika na poniżej.

http://www.sionyx.com/mslns/Technew.jpg

Oprócz ciekawego kształtu krzem nabrał ciekawych właściwości. Zaczął absorbować praktycznie całe promieniowanie zarówno w paśmie widzialnym jak i podczerwieni. Nowy materiał działa niezwykle efektywnie chłonie promieniowanie jak gąbka wodę! Takie właściwości dają szerokie zastosowanie w elektronice/optyce. Z dużym optymizmem na czarny krzem patrzy także przemysł fotowoltaiczny. Materiał ten pozwala absorbować więcej energii słoneczniej, a do tego absorbować go bardziej efektywnie.

http://www.sionyx.com/mslns/CHART7.jpg

W przypadku obecnej technologii cienkich ogniw PV (thin film) szybko pojawia się bariera grubości ogniwa po niżej, której większość promieniowania słonecznego będzie przechodzić przez półprzewodnik bez generacji elektryczności. Czarny krzem daje tu nowe możliwości produkcji znacznie cieńszych= tańszych a zarazem bardzo wydajnych ogniw.
Odkrycie to może stać się przełomem, które otworzy drogę do produkcji tanich ogniw PV, z których energia elektryczna będzie tańsza od tej z paliw kopalnych.

Autor: Bogdan Szymański

Absorpcja w zakresie podczerwieni jak rowniez w zakresie dalekiej czerwieni jest zjawiskiem scisle termicznym, to znaczy przeklada sie na zmiany wibracyjnej i rotacyjnej energii atomow, bezuzytecznej w fotowoltanice.
Energia tego promieniowania jest za niska aby przeniesc elektrony walencyjne krzemu do pasma przewodzenia.
W zwiazku z powyzszym nie widze szans aby wykorzystac absorpcje w tym zakresie do fotowoltaniki.

Tym niemniej moze wzrosnac wydajnosc wykorzystania promieniowania o nizszej dlugosci fali (kolor zolty do fioletowego) i w zwiazku z tym wydajnosc ogniw moze sie powiekszyc.

Podczerwień czy daleka czerwień to spore ilości energii.
Ciekawe czy budowanie porowatych struktur nie dało by wyników w postaci absorberów światła słonecznego do ogrzewania.
Pozatym należy tu wziąć poza zachwytem uboczne właściwości tego materiału.
Mianowicie b małą zapewne trwałość takich struktór, dla których wszelkie działanie tlenu czy innych warunków środowiskowych z powodu ich delikatności może być zabójcze.
Ale zapewne utrwalenie tej powierzchni materiałem nie pozwalajacym na jej erozję da dobre skutki.
Przypomina mi się tu sprawa krzemowych nanopianek głośnych już przed laty. centymetrowej grubości pinka z krzemu o bąbelkach średnicy nanometrów podobno posiada izolację cieplną pozwalającą w sześcianie o kubaturze 20m sześciennych utrzymać t 20 stopni C ogrzewając go na biegunie od środka jedynie ciepłem ludzkiego ciała.
Nanopianki jakoś ucichły, chociaż testowo produkowano je już około 10 lat temu.
Przemysł paliwowy wykupił patent? .

Ale próbować trzeba.

Tapkeeper napisał:

Absorpcja w zakresie podczerwieni jak rowniez w zakresie dalekiej czerwieni jest zjawiskiem scisle termicznym, to znaczy przeklada sie na zmiany wibracyjnej i rotacyjnej energii atomow, bezuzytecznej w fotowoltanice.

Akurat dla promieniowania podczerwonego można spokojnie wykorzystać efekt Seebecka.

Ogniwa fotowoltaiczne mogłyby być równocześnie kolektorami.
Woda lub glikol mógłby służyć do chłodzenia ogniwa z zacienionej strony, pozwalało by dość skutecznie korzystać ze efektu Seebecka.

opel4 napisał:

Akurat dla promieniowania podczerwonego można spokojnie wykorzystać efekt Seebecka. Ogniwa fotowoltaiczne mogłyby być równocześnie kolektorami. Woda lub glikol mógłby służyć do chłodzenia ogniwa z zacienionej strony, pozwalało by dość skutecznie korzystać ze efektu Seebecka.

Efekt Seebecka dobrego termoelektryka moze Ci dac np 0.5 mV na K.
Tak wiec na 200 K roznicy temperatur bedzioesz mial 0.10 V bez obciazenia.
Mozliwe do uzyskania natezenia sa niestety mizerne.
Do tego krzem nie wykazuje dobrego efektu Seebecka.
Zwiazki telluru sa tu jednymi z bardziej skutecznych polprzewodnikow.

Bez trudu znalazłem gotowe rozwiązanie o dużo lepszych parametrach niż podajesz, już dla różnicy temperatur 60C mamy 380mV.
Moc jaką można uzyskać przy różnicy temperatur wynoszącej 120 C to 5W/cm2 , według producenta oczywiście.

źródło

Tak czy owak, teza, że nie da się wykorzystywać promieniowania podczerwonego do generowania prądu elektrycznego jest nieprawdziwa.

Zapewne szerokopasmowe ogniwa PV będą korzystać z efektu Seebecka co będzie wiązało się za stosowaniem chłodzenia drugiej strony ogniwa.

opel4 napisał:

Bez trudu znalazłem gotowe rozwiązanie o dużo lepszych parametrach niż podajesz, już dla różnicy temperatur 60C mamy 380mV. Moc jaką można uzyskać przy różnicy temperatur wynoszącej 120 C to 5W/cm2 , według producenta oczywiście.

Zanim popisze sie niedorzecznosci to warto chwile pomyslec.

Stala sloneczna na Saharze wynosi 1000W/m2.
1 metr2 to 10000cm2.

Tak wiec gdyby informacje podane przez Ciebie byly prawdziwe (5W/cm2) to ogniwo produkowaloby 50 X wiecej energii z jednostki powierzchni niz ta otrzymuje ze Slonca w tym samym czasie.

Wydaje mi sie, ze nie ma sensu roztrzasac dalej podobnych glupot.

To jest ogniwo termoelektryczne i parametr 50W/cm2 został podany dla różnicy temperatur wynoszącej 120 C .

Powyższe dane są jak najbardziej prawdziwe, ponieważ z promieniowania słonecznego nie da się uzyskać tak dużej różnicy temperatur, a więc i takiej gęstości mocy.

Stosowanie stałej słonecznej do wykazania nieprawdziwości tych parametrów jest pozbawione zupełnie sensu, ponieważ dla strumienia ciepła wynoszącego 1000W/m2 trzeba było by w pierwszej kolejności określić różnicę temperatur, pomiędzy ciepłą a zimną stroną ogniwa, dopiero znając tą różnicę można było by z charakterystyki ogniwa, określić gęstość mocy wytwarzanej.

Założyłeś świadomie lub nie, że przestałej słonecznej wynoszącej 1000W/m2 różnica temperatur wynosi 120 C, co jest oczywistym błędem.

Tapkeeper napisał:

Zanim popisze sie niedorzecznosci to warto chwile pomyslec.

Swiete slowa ...

Wystarczy na przyklad pomyslec o lustrach skupiajacych promieniowanie sloneczne, lub jakimkolwiek innym rozwiazaniu, ktore pozwoli uzyskac wieksza roznice temperatur.

Co nie zmienia oczywiscie faktu, ze moze to byc i tak przerost formy nad trescia i "zwykle" termalne elektrownie wypadaja lepiej pod wzgledem i wydajnosci i kosztow samej instalacji.

Odnosnie tekstu Bogdana Szymańskiego z samego poczatku wpisu, to gladkie przejscie od wlasciwosci pochlaniania promieniowania do efektu fotowoltaiki to dosyc niefortunny "skrot myslowy".

ender napisał:

Wystarczy na przyklad pomyslec o lustrach skupiajacych promieniowanie sloneczne, lub jakimkolwiek innym rozwiazaniu, ktore .

Zastosowanie zwierciadeł, soczewek czy nawet matrycy gdzie sumaryczna powierzchnia ogniw termoelektrycznych może być kilkakrotnie mniejsza od powierzchni absorpcji promieniowania, jest zagadnieniem osobnym, związanym z transportem i koncentracją energii.
Wiadomo, że to obniża koszty czy poprawia sprawność układu jako całości, chociażby ze względu na nieliniowość układów półprzewodnikowych, jednak przy pominięciu tej nieliniowości gęstość mocy produkowanej w instalacji solarnej nie ulega zmianie.

Dlatego rozważania lepiej prowadzić z pominięciem koncentracji energii czyli gdy 1 m2 ogniwa odpowiada 1 m2 instalacji solarnej.
Wtedy pozbywa się wielu niedomówień.

Opel
Masz racje w swojej argumentacji dotyczacej roznicy temperatur.
Skondinad jezeli wystawimy panel termoelektryczny "na sloneczko", to roznice temperatur na ogniwie na prawde beda niewielkie.

Mysle ze bardziej tradycyjne podejscie do problemu oparte na zwierciadlach, baniaku do gotowania wody, nagrzewnicy pary i turbinie ma jednak wieksza przyszlosc (co zauwazyl ender).
W miejscach o duzym naslonecznieniu (Kalifornia, Hiszpania, Egipt, Australia itd) dosc duze instalacje z pewnoscia powstana.
Tym niemniej nie sadze aby mogly one zastapic tradycyjna energetyke.
Nie wiadomo tez jakie beda koszty operacyjne takich instalacji.
Diabel czesto tkwi w szczegolach.
Ciagle czyszczenie zwierciadel moze byc bardzo uciazliwe.
Erozja pylem piaskowym odbijajacych powierzchni moze zabic caly projekt itd.

Te dane zbyt podejrzanie wygladaja. Cos mi sie wydaje, ze sa one pochodna
ostatniej ofensywy "genialnych wynalazkow, ktore zbawia swiat". A jedyne co
w nich genialnego, to marketing "wynalazcy" Moje zrodla podaja wydajnosc
termoogniw w polaczeniu ze Sloncem na poziomie kilku procent, wiec znacznie
mniej niz PV. A komplikacja hybrydowej instalacji bylaby zbyt duza, aby dla
paru procent zysku warto sie w to bawic.

5W/cm2 to 50 kW/m2 przy 120 stopniach roznicy temperatur. Taka roznice da
dowolny kolektor z jednym lub gora dwoma lustrami. Przy tak duzej
wydajnosci mozna zalozyc, ze sprawnosc kolektora + teroogniwo wyniesie
blisko 100%. W takim wypadku mozna calkowicie zarzucic PV i inne metody
skupiajac sie na tej rewolucji

Darek napisał:

5W/cm2 to 50 kW/m2 przy 120 stopniach roznicy temperatur. Taka roznice da dowolny kolektor z jednym lub gora dwoma lustrami. Przy tak duzej wydajnosci mozna zalozyc, ze sprawnosc kolektora + teroogniwo wyniesie blisko 100%. W takim wypadku mozna calkowicie zarzucic PV i inne metody skupiajac sie na tej rewolucji

Tylko, że ogniwa termoelektryczne mają stosunkowo dobrą przewodność cieplną.
Dlatego by osiągnąć dużą różnice temperatur trzeba z jednej strony skutecznie dostarczać ciepła a z drugiej odbierać.

Posłużę się tutaj często stosowaną analogią do prądu elektrycznego.

Mamy źródło prądowe o wydajności 1000A.
Jeśli podłączymy do niego rezystor o oporze 0,12 ohm to uzyskamy spadek napięcia wynoszący 120V.

Jednakże jeśli wepnie równolegle rezystor o oporze 0,01 ohma to spadek napięcia czyli różnica potencjałów pomiędzy zaciskami tegoż rezystora będzie wynosiła 9,23 V.



Teoretyczna maksymalna moc cieplna 1m2 kolektora wynosi 1000W (wynika to ze stałej słonecznej).

Jeśli założymy, że opór cieplny ścianek kolektora wynosi w przeliczeniu na m2 jego powierzchni 0,12 K/W to różnica temperatur pomiędzy otoczeniem a jego wnętrzem będzie właśnie dawała 120 stopni C (zakładając idealną wymianę ciepła przez konwekcje).

Jeśli dodamy do tego coś co powoduje dodatkową utratę ciepła z wnętrza kolektora, chociażby ogniwo termoelektryczne to w efekcie nastąpi spadek różnicy temperatur analogiczne do przykładu z rezystorami.

Z ogniwami termoelektrycznymi jest podobny problem co z ogniwami fotoelektrycznymi są po prostu stosunkowo drogie.
Co nie zmienia faktu, że stworzenie takiego hybrydowego ogniwa znacznie mogło by zwiększyć jego sprawność i być może cenę w przeliczeniu na W.

Można było by dość skutecznie korzystać z efektu termoelektrycznego właśnie przy kolektorach gdzie nie było by problemu z chłodzeniem.

Tapkeeper napisał:

Mysle ze bardziej tradycyjne podejscie do problemu oparte na zwierciadlach, baniaku do gotowania wody, nagrzewnicy pary i turbinie ma jednak wieksza przyszlosc (co zauwazyl ender).

Jak na jednej szali ma sie bardzo prosta konstrukcje, a na drugiej "cos" do czego produkcji potrzeba bombardowac krzem wiazka lasera, to zawsze sklaniam sie ku prostszemu rozwiazaniu. To jest zreszta glowny plus jesli chodzi o energetyke wiatrowa i nawet z czesci zalegajacych na zlomowisku mozna skonstruowac wiatrak. Z el. jadrowa czy fotowoltaika juz tak latwo nie jest, mowiac delikatnie.

Maly opor cieplny w ogniwach termoelektrycznych to niejako jeden z
wazniejszych parametrow. I zgodze sie z tym, ze jakby zrobic cos w rodzaju
hybrydy kolektor sloneczny i termoelektryk, to mozna osiagnac dobry efekt.
Tyle tylko, ze uzyskanie 120 stopni roznicy temperatur bez ukladu
skupiajacego jest niemozliwe. Ale jakby wziasc tani (bo to jest chyba jedyna
duza bariera dla upowszechniania ogniw termoelektrycznych) TEG i
wykorzystac mniejsza roznice temperatur (czyli zgodzic sie na nizsza
sprawnosc), to juz sie da. Np. przy zwyklym kolektorze plytowym na ktory pada
800 W/m2 odbior ciepla o mocy 500 W daje temp rownowagi 60 stopni. Zmniejszanie
odbioru ciepla zwiekszy temperature rownowagi, wiec pozostaloby tylko
ustalenie optimum. Czyli punktu, w ktorym wieksza sprawnosc TEG przy wyzszej
roznicy temperatur rownowazy odbieranie nizszej mocy z kolektora. Chociaz
jakbym mial zbudowac hybryde, to jednak zastosowalbym uklad skupiajacy
zlozony z dwu nieruchomych luster nad i pod kolektorem. To przy stosunkowo
niskim koszcie inwestycyjnym da wyzsza roznice temperatur, a wiec takze
wyzsza sprawnosc. Nawiasem mowiac, jakby w handlu byly termoogniwa w
przyzwoitej cenie, to chetnie kupilbym cos o mocy do 100 W. Tyle tylko, ze
nie zamontowalbym go do kolektora slonecznego, ale do kominka