Moduły termoelektryczne – przełomowy wynalazek z Krakowskiej Uczelni!

2023-08-02 / Słoneczne newsy

Czym jest nowy wynalazek naukowców z krakowskiego AGH? Czy moduły termoelektryczne zastąpią tradycyjne rozwiązania? Co to oznacza dla branży PV?

Grupa naukowców z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie we współpracy z partnerami z Sieci Badawczej Łukasiewicz oraz Instytutem Fizyki PAN w Warszawie, opracowała przełomową technologię – prototypowe moduły termoelektryczne. Wprowadzenie tych modułów może znacznie przewyższyć wydajność technologii fotowoltaicznych. Obecnie polscy naukowcy szukają inwestora, który wesprze rozwój prototypowej linii produkcyjnej.

Jak działają moduły termoelektryczne?

Zasada działania modułów termoelektrycznych jest oparta na połączonych szeregowo kostkach półprzewodnikowych. Kostki te umieszcza się między okładzinami wykonanymi ze stopu aluminium. W praktyce jedna z okładzin jest podgrzewana, podczas gdy druga jest ochładzana. To powoduje powstanie napięcia elektrycznego i przepływ prądu. Dodatkowo, okładziny pełnią rolę izolatora.

Jednym z kluczowych atutów modułów termoelektrycznych jest brak ruchomych elementów mechanicznych oraz ich niewielkie rozmiary, co czyni je wygodniejszymi w stosowaniu w porównaniu do innych metod wykorzystania ciepła odpadowego. Zazwyczaj w takich komponentach jako okładzina używana jest ceramika, jednak zastosowanie stopów aluminium okazało się bardziej korzystne. Dzięki tej zmianie możliwe jest obniżenie kosztów produkcji oraz dostosowanie modułów do różnych kształtów systemów odzysku ciepła.

Moduły termoelektryczne – czy zdetronizują ogniwa fotowoltaiczne?

Dotychczas używane technologie do konwersji ciepła odpadowego na energię elektryczną miały swoje ograniczenia, związane z niską wydajnością i wysokimi kosztami. Jednak rosnące zapotrzebowanie na energię w różnych branżach, w połączeniu z ograniczeniami surowców energetycznych, sprawia, że coraz bardziej potrzebujemy skutecznych rozwiązań w zakresie energetyki. Szacuje się, że aż 60% energii generowanej przez spalanie węgla i węglowodorów jest rozpraszane jako ciepło odpadowe. Moduły termoelektryczne oferują obiecującą alternatywę do wykorzystania tego ciepła w produkcji energii elektrycznej.

Naukowcy z AGH opracowali moduły termoelektryczne, które charakteryzują się gęstością mocy ponad dziesięciokrotnie większą niż w przypadku ogniw fotowoltaicznych. Ta rewolucyjna technologia osiąga nawet 2,5 kW/m2. Moduły termoelektryczne mają potencjał do zastąpienia tradycyjnych technologii fotowoltaicznych, stanowiąc atrakcyjną alternatywę w przetwarzaniu energii.

Już obecnie moduły termoelektryczne znalazły zastosowanie w sondach kosmicznych NASA, gdzie wykorzystuje się ciepło powstałe w wyniku rozpadu radioaktywnych izotopów, takich jak pluton-238. Jednak zastosowanie tej technologii na Ziemi może obejmować różnorodne źródła ciepła, takie jak piece w cementowniach, instalacje rafineryjne, geotermalne, czy nawet przewody spalin samochodów.

Moduły termoelektryczne, oprócz swojej wysokiej wydajności, wyróżniają się również korzystniejszymi kosztami produkcji w porównaniu z konkurencyjnymi rozwiązaniami fotowoltaicznymi. Dzięki zastosowaniu tańszych stopów aluminium zamiast ceramiki, naukowcy z AGH znacząco obniżyli koszty produkcji modułów. Efekt skali i automatyzacja produkcji mają jeszcze bardziej zredukować te koszty, co czyni tę technologię jeszcze bardziej atrakcyjną na rynku.

Przyszłość modułów termoelektrycznych

Aby powszechnie korzystać z nowej technologii, trzeba zmniejszyć koszty produkcji konwerterów. Obecnie, cena modułu termoelektrycznego stworzonego ręcznie w laboratorium jest wysoka. Jednak automatyzacja i masowa produkcja pozwolą obniżyć koszty do poziomu dostępnego dla szerokiego grona, jak w przypadku fotowoltaiki. Naukowcy szukają więc inwestora gotowego podjąć to wyzwanie.

Firmy produkujące bądź rozwijające technologie termoelektryczne istnieją obecnie tylko w Chinach, Stanach Zjednoczonych, Ukrainie i Rosji. Na rynku europejskim praktycznie nie ma konkurencji, więc jest szansa na dobry zysk. Bardzo bym chciał, żeby znalazł się w Polsce ktoś, kto uzna, że cel jest wart ryzyka, i zbuduje prototypową linię produkcyjną. Jeżeli uda się uzyskać niskie koszty wytworzenia modułów termoelektrycznych, możemy naszymi produktami podbić świat.

– uważa prof. Wojciechowski