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[획기적인 열광전지] 새로운 열-에너지 변환기는 평균 증기 터빈의 35%보다 훨씬 높은 44%의 기록적인 효율을 달성. 이 혁신적인 열광전지(TPV) 전지는 지속 가능한 그리드 규모의 재생 에너지 저장

박세훈 | 기사입력 2024/06/07 [09:41]

[획기적인 열광전지] 새로운 열-에너지 변환기는 평균 증기 터빈의 35%보다 훨씬 높은 44%의 기록적인 효율을 달성. 이 혁신적인 열광전지(TPV) 전지는 지속 가능한 그리드 규모의 재생 에너지 저장

박세훈 | 입력 : 2024/06/07 [09:41]

 

지속 가능한 그리드 규모의 재생 에너지 저장

새로운 열-에너지 변환기는 평균 증기 터빈의 35%보다 훨씬 높은 44%의 기록적인 효율을 달성했다. 이 혁신적인 열광전지(TPV) 전지는 지속 가능한 그리드 규모의 재생 에너지 저장을 향한 상당한 발전을 나타낸다.

재생 에너지 가격이 급락함에 따라 문제는 간헐성에 있다. 비평가들은 종종 태양광과 풍력의 변동성을 지적하며 "밤이나 바람이 불지 않을 때 무슨 일이 일어날까요?" 해결책은 재생 에너지 발전이 적은 기간 동안 격차를 해소할 수 있는 효과적인 에너지 저장 시스템에 있다. 전통적인 옵션에는 리튬 이온 배터리와 철-공기, 염수(water-in-salt) 및 흐름 배터리와 같은 신흥 기술이 포함된다. 그러나 가장 유망한 방법 중 하나는 에너지를 열로 저장하는 것이다.

미시간 대학의 연구원들이 개발한 새로운 TPV 시스템은 저장된 열을 효율적으로 다시 전기로 변환하도록 설계되었다. TPV 전지는 태양 전지와 유사하게 작동하지만 열(열)을 추가 에너지원으로 활용하여 적외선 스펙트럼에서 광자를 포착하도록 설계되었다.

실험에서 연구원들은 탄화규소를 열 저장 재료로 사용했지만 다른 재료도 사용할 수 있다. 이 물질은 인듐, 갈륨 및 비소로 만들어진 반도체로 둘러싸여 있으며, 가열된 물질에서 방출되는 광범위한 광자를 포착하는 데 최적화되어 있다.

1,435°C(2,615°F)로 가열하면 재료가 다양한 에너지 수준에서 열 광자를 방출한다. 반도체는 이러한 광자의 20-30%를 포착한다. 효율성을 높이기 위해 TPV 셀에는 얇은 공기층과 금 반사판이 포함되어 있다. 이 설계를 통해 일부 광자는 전기로 변환하기 위해 반도체로 다시 반사되는 반면 다른 광자는 사용 가능한 광자로 재방출하기 위해 열 저장 재료로 다시 반사된다.

이 혁신적인 구성으로 인해 총 전력 변환 효율은 44%로, 일반적으로 최대 37%의 효율을 달성하는 동일한 온도에서 작동하는 다른 TPV 시스템보다 성능이 뛰어나다. 일부 설계는 효율이 40%를 초과했지만 훨씬 더 높은 온도가 필요하므로 많은 응용 분야에서 실용성이 떨어진다.

TPV 전지는 풍력 또는 태양열 발전소의 전기를 사용하거나 산업 공정 또는 태양열 시스템의 과도한 열을 흡수하여 가열할 수 있다. 효율은 리튬 이온 배터리의 절반이지만 안전성과 낮은 생산 비용으로 인해 실행 가능한 옵션이다. 재생 에너지가 풍부하다는 점을 감안할 때 변환 효율이 50% 감소해도 허용될 수 있다.

이 연구의 공동 저자인 스티븐 포레스트(Stephen Forrest)는 향후 개선에 대해 낙관적이다. "우리는 아직 이 기술의 효율성 한계에 도달하지 않았습니다. "저는 우리가 44%를 넘어 멀지 않은 미래에 50%를 달성할 것이라고 확신합니다."

열광발전 기술의 이러한 혁신은 효율적이고 지속 가능한 에너지 저장을 향한 중요한 단계를 나타내며 재생 에너지 배치의 주요 과제 중 하나를 해결한다.  제조사 Impact Lab

 

 
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