Разработан новый способ конверсии солнечного тепла

Инженер Стэнфордского университета при помощи компьютерной модели изучил движение теплопоглощающих частиц в воздухе, чтобы улучшить эффективность солнечных тепловых электростанций.

Принцип работы солнечной тепловой электростанции состоит в том, чтобы сфокусировать лучи при помощи системы зеркал на стенках черного металлического бака, заполненного водой, воздухом или другим теплопроводным веществом. Однако, до сих пор выход энергии у солнечных тепловых станций был разочаровывающе мал, поскольку примерно половина солнечной энергии расходовалась попусту, а не превращалась в полезную энергию.

С помощью компьютерного моделирования инженер Али Мани решил проверить другой, потенциально более эффективный метод использования концентрированного солнечного света. Вместо того чтобы фокусировать лучи на черном баке, они направляются на прозрачную цистерну. Фотоны, проходя через нее, будут сталкиваться с молекулами жидкости и нагревать ее изнутри со значительно меньшей потерей энергии.

Этот метод был предложен несколько лет назад министерством энергетики США. В нем также есть свои сложности — поскольку рабочая жидкость (в данном случае, воздух) часто тоже прозрачная, как и стенки сосуда, фотоны могут проходить сквозь нее, не сталкиваясь и не обмениваясь теплом.

Мани и его коллеги решили немного изменить этот подход и изучить другой вариант — когда воздух в сосуде наполнен небольшими твердыми частицами, напоминающими пыль. Они протестировали различные компьютерные модели, в которых свет проходит сквозь вихрь таких частиц, подчиняясь законам турбулентности. Такие модели позволят однажды создать более эффективные системы теплообмена.

Пока команда Мани смоделировала только небольшую систему, но и она уже указала на направление развития. Например, добавление в воздух частиц разного размера, чтобы избежать слипания одинаковых частиц. Этот способ может улучшить турбулентность и теплообмен в целом.

С помощью подобных решений ученые надеются распределять частицы более равномерно — помогая добиваться однородного нагрева воздуха при минимальной потери энергии. В ближайшее время исследователи намерены провести крупномасштабную симуляцию миллиардов частиц на суперкомпьютере министерства энергетики, пишет Stanford News.