Istraživači su razvili novi termoelektrični generator (TEG) koji može kontinuirano da proizvodi električnu energiju koristeći toplotu od sunca i radijativni element koji oslobađa toplotu u vazduh. Pošto radi danju ili noću iu oblačnim uslovima, novi TEG sa sopstvenim napajanjem mogao bi da obezbedi pouzdan izvor napajanja za male elektronske uređaje kao što su spoljni senzori.
„Tradicionalni izvori energije poput baterija su ograničenog kapaciteta i zahtevaju redovnu zamenu ili punjenje, što može biti nezgodno i neodrživo“, rekao je vođa istraživačkog tima Jing Liu sa Univerziteta Jimei u Kini. „Naš novi TEG dizajn mogao bi da ponudi održivo i kontinuirano energetsko rešenje za male uređaje, rešavajući ograničenja tradicionalnih izvora energije kao što su baterije.
TEG su uređaji u čvrstom stanju koji koriste temperaturne razlike za proizvodnju električne energije bez ikakvih pokretnih delova. U časopisu Optics Ekpress, Liu i multi-institucionalni tim istraživača opisuju i demonstriraju novi TEG koji može istovremeno da generiše toplotu i hladnoću neophodnu za stvaranje temperaturne razlike dovoljno velike da proizvodi električnu energiju čak i kada sunce nije napolju. Pasivni izvor napajanja je napravljen od komponenti koje se lako mogu proizvesti.
„Jedinstveni dizajn našeg termoelektričnog generatora na sopstveni pogon omogućava mu da radi neprekidno, bez obzira na vremenske prilike“, rekao je Liu. „Sa daljim razvojem, naš TEG ima potencijal da utiče na širok spektar primena, od daljinskih senzora do nosive elektronike, promovišući održiviji i ekološki prihvatljiviji pristup napajanju našeg svakodnevnog života.
Kada termoelektrični materijal doživi temperaturni gradijent, elektroni će teći iz toplog dela u hladni deo, stvarajući električnu struju. Iako TEG-ovi zasnovani na ovom fenomenu postoje, oni imaju tendenciju da proizvode nestabilne temperaturne razlike i ne generišu dovoljno električne energije da bi bili korisni.
Da bi rešili ova ograničenja, istraživači su razvili novi tip TEG-a. Koristi komponentu koja se zove ultra-širokopojasni solarni apsorber (UBSA) za hvatanje sunčeve svetlosti, koja zagreva jednu stranu generatora. Istovremeno, druga komponenta koja se zove planarni radijacioni emiter za hlađenje (RCE) hladi drugu stranu oslobađanjem toplote. I UBSA i RCE se mogu primeniti na fleksibilnu podlogu, što bi moglo biti korisno za napajanje nosivih uređaja, na primer.
Pošto je snaga grejanja UBSA značajno veća od snage hlađenja RCE pod normalnim intenzitetom sunčeve svetlosti, istraživači su RCE postavili na vrh UBSA sa većom površinom. Kada sunčeva svetlost udari u ceo uređaj, nezasenčeni delovi UBSA apsorbuju sunčevu energiju da bi se zagrejali dok RCE na vrhu počinje da se hladi. Kombinacija grejanja i hlađenja stvara temperaturnu razliku koja se pretvara u električnu energiju.
Noću ili u oblačnim danima temperaturna razlika je značajno smanjena zbog odsustva direktne sunčeve svetlosti. Međutim, još uvek postoji određena temperaturna razlika koja se može iskoristiti za proizvodnju električne energije, iako sa nižom efikasnošću u poređenju sa sunčanim danom.
Da bi testirali uređaj, istraživači su sproveli eksperimente na otvorenom pod različitim vremenskim uslovima. Pratili su izlazni napon uređaja i otkrili da može kontinuirano da proizvodi električnu energiju tokom dana i noći i tokom oblačnih dana. Uređaj je postigao vršni izlazni napon od 166,2 mV tokom vedrih dnevnih uslova, što je dovoljno za napajanje malog senzora ili uređaja. Tokom vedrih noćnih i oblačnih dnevnih uslova, generisao je 14,7 mV i 95 mV, respektivno.
„Naš inovativni metod za kombinovanje solarnog grejanja sa radijativnim hlađenjem omogućava TEG-u da generiše električnu energiju koja je neprekidna“, rekao je član istraživačkog tima Haojuan Cai. „Ovo bi moglo poboljšati pristup kritičnim uslugama, posebno u udaljenim ili nerazvijenim područjima gdje tradicionalni izvori energije nisu dostupni.“
Istraživači sada rade na dodatnoj optimizaciji efikasnosti, izdržljivosti i skalabilnosti uređaja i planiraju da testiraju njegovu dugoročnu stabilnost i pouzdanost u različitim uslovima. Takođe žele da istraže potencijal za masovnu proizvodnju po razumnoj ceni i da poboljšaju performanse uređaja i prilagodljivost različitim aplikacijama.
