การศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับเทคโนโลยีใหม่ในการผลิตไฮโดรเจนพลังงานแสงอาทิตย์

ทีมวิจัยจาก MIT และ National Renewable Energy Laboratory (NREL) ประสบความสำเร็จในการพัฒนาและสาธิตเซลล์เทอร์โมโฟโตโวลตาอิก (TPV) ที่สามารถแปลงความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่ากังหันไอน้ำทั่วไป ตามรายงาน ไฟฟ้าและต้นทุนต่ำมาก สิ่งนี้มีความหมายอย่างมากสำหรับโรงไฟฟ้าในอนาคตและการจัดเก็บพลังงานกริด

เทอร์โมโฟโตโวลตาอิก (TPV) ส่วนใหญ่แปลงแสงของความยาวคลื่นอินฟราเรดเป็นพลังงานไฟฟ้าผ่านผลกระทบของเซลล์แสงอาทิตย์ และสามารถตระหนักถึงวิธีการจัดเก็บและการแปลงพลังงาน นักวิจัยวางแผนที่จะรวมเซลล์ TPV ดังกล่าวเข้ากับแบตเตอรี่ความร้อนขนาดกริด ระบบจะดูดซับพลังงานส่วนเกินจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ และเก็บพลังงานนี้ไว้ในอ่างเก็บน้ำกราไฟท์ความร้อนที่มีฉนวนสูง เมื่อต้องการพลังงาน เช่น ในวันที่มีเมฆมาก แบตเตอรี่ TPV จะแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าและกระจายพลังงานไปยังกริด

อย่างที่เราทราบกันดีอยู่แล้ว ไฟฟ้าของมนุษย์ส่วนใหญ่มาจากพลังงานความร้อน ได้แก่ การเผาไหม้ถ่านหินหรือก๊าซธรรมชาติ นิวเคลียร์ฟิชชัน พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น ซึ่งใช้ต้มน้ำและปั่นกังหันไอน้ำเพื่อผลิตไฟฟ้า กว่าศตวรรษครึ่งที่ผ่านมา เทคโนโลยีนี้แพร่หลายไปทั่วโลกในฐานะเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่และเหมาะสมที่สุด พร้อมด้วยจุดแข็งและข้อจำกัดที่เป็นที่รู้จัก

ข้อจำกัดประการหนึ่งคือประสิทธิภาพ แม้ว่ากังหันบางรุ่นจะแปลงพลังงานจากแหล่งความร้อนเป็นไฟฟ้าได้สำเร็จถึง 60 เปอร์เซ็นต์ แต่กังหันโดยเฉลี่ยจะทำงานที่ประสิทธิภาพเพียง 35 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งคือความร้อน และกังหันไอน้ำพึ่งพาส่วนประกอบที่ต้องทำงานที่อุณหภูมิเกณฑ์ที่กำหนด

การออกแบบใหม่นี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อจับภาพโฟตอนที่มีพลังงานสูงกว่าจากแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงขึ้นด้วยการใช้วัสดุที่มีแถบรัดและจุดเชื่อมต่อหลายจุด ในการทดสอบระหว่าง 1900 องศาเซลเซียสถึง 2400 องศาเซลเซียส เซลล์ TPV ใหม่ยังคงประสิทธิภาพไว้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ประสิทธิภาพโดยเฉลี่ยของเซลล์ TPV ในระยะแรกอยู่ที่ประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ และสถิติก่อนหน้านี้สำหรับประสิทธิภาพสูงสุดคือ 32 เปอร์เซ็นต์

ผลการวิจัยข้างต้นได้รับการตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสารทางวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง "Nature"

นักวิจัยเขียนว่า "ประสิทธิภาพ 40 เปอร์เซ็นต์ของ TPV เป็นที่น่าสังเกตเพราะตอนนี้ทำให้ TPV เป็นเทคโนโลยีเครื่องยนต์ความร้อนที่สามารถแข่งขันกับกังหันได้ ประสิทธิภาพ 40 เปอร์เซ็นต์นั้นสูงกว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ความร้อนที่ใช้กังหันของสหรัฐฯ โดยเฉลี่ย แต่สิ่งที่ทำให้ TPV น่าสนใจกว่า กังหันมีศักยภาพในต้นทุนที่ต่ำลง เวลาตอบสนองเร็วขึ้น บำรุงรักษาง่าย ผสานรวมกับแหล่งความร้อนภายนอกได้ง่าย และมีความยืดหยุ่นของเชื้อเพลิง"

การทำงานในช่วงอุณหภูมิ "เหมาะสำหรับการเผาไหม้ก๊าซธรรมชาติหรือไฮโดรเจน" เป็นที่เข้าใจกันว่าเทคโนโลยีเครื่องยนต์ความร้อนใหม่สามารถรักษาสัญญาสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานต่ำรุ่นต่อไปที่สามารถทำงานได้ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่าจากแหล่งการเผาไหม้ ดึงพลังงานที่มากขึ้น ในกรณีของไฮโดรเจนสีเขียว พืชดังกล่าวไม่สามารถปล่อยคาร์บอนได้

Asegun Henry ศาสตราจารย์ในภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลของ MIT และหนึ่งในนักวิจัยในโครงการกล่าวว่า "เซลล์แสงอาทิตย์จากความร้อนเป็นขั้นตอนสุดท้ายที่สำคัญในการพิสูจน์ว่าแบตเตอรี่ความร้อนเป็นแนวคิดที่ใช้งานได้จริง อยู่บนถนนเพื่อส่งเสริมพลังงานหมุนเวียน และได้โครงข่ายไร้คาร์บอนเป็นขั้นตอนที่สำคัญอย่างยิ่ง