Альтернатива солнечным батареям: фотодиод направили в темноту

Физикам удалось в эксперименте доказать возможность получения электрической энергии из космической темноты. Пока речь идет о нановаттах, но говорить об «отрицательном освещении» и технологическом прорыве уже возможно. В основу метода положен эффект, обеспечивший создание солнечных батарей.

Получение энергии космической ночи

Разница температур между любыми физическими телами задает движение электромагнитного потока в сторону менее нагретого предмета. В случае использования космической энергии Солнца более холодным объектом выступает Земля, однако по отношению к остальной Вселенной уже Земля - более теплый объект, и движение фотонов имеет противоположную направленность: они устремляются в космос.

В работе «ночных батарей» предлагают использовать «отрицательное освещение» космической ночи, а для преобразования его в электричество используют полупроводниковый прибор - фотодиод, как и в солнечных батареях. Однако в этом случае генерируемое излучение существенно слабее солнечного, и для получения электричества в промышленном масштабе требуется более сложное преобразование. Это и удалось сделать ученым Стэнфордского университета (руководитель группы Shanhui Fan).

Мощность «отрицательного освещения»

Оптический спектр волн кроме видимого света включает ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. На волны теплового диапазона (инфракрасное излучение) способна повлиять даже небольшая облачность. Для измерения «отрицательного освещения» холодной Вселенной ученые направили инфракрасный полупроводниковый диод в темноту в условиях ясной ночной погоды. Генерация электрического тока на 1 м2 «ночной» установки составила примерно 64 нВт, что крайне мало. Эффективность такой установки в целях промышленного получения электричества носит отрицательный характер. Для сравнения: даже в средней полосе и при сильной облачности мощность солнечного излучения, дошедшего в полдень до поверхности Земли, оценивают примерно в 100 Вт/м2; ниже требуемой величины мощность установок способны снизить только крайне плотные облака.

Перспективы развития метода

Несмотря на низкие показатели мощности «ночных батарей», ученые полны оптимизма. Результаты эксперимента открывают перед человечеством новые горизонты в деле получения экологически чистой энергии из неиссякаемого природного источника - космоса. Для начала, так можно решить вопрос питания ночных приборов - некоторым из них достаточно скромных мощностей испытанной установки.

Другая возможность - преобразование рассеиваемого в атмосферу тепла, например, деталями механизмов, машинами, другими источниками. Ведь это не просто потери энергии, но и проблема износостойкости самих механизмов в результате из систематического перегрева. Мы экспериментально демонстрируем производство электроэнергии непосредственно из холода Вселенной, используя отрицательный эффект освещения, когда инфракрасный полупроводниковый диод обращен к небу.

Наша теоретическая модель, учитывающая экспериментальные результаты, показывает, что на производительность такой схемы генерации электроэнергии сильно влияет степень согласования спектра чувствительности и окна прозрачности атмосферы, а также квантовая эффективность диода. Анализ Шокли-Квиссера идеального оптимизированного диода с учетом реалистичного спектра пропускания атмосферы указывает на теоретическую максимальную плотность мощности 3,99 Вт / м2 при температуре диода 293 к. результаты здесь указывают на путь к выработке электроэнергии в ночное время.

Фото: freelance.ru