Новый материал позволит получать больше тепла от солнечного света

Москва, 07:17, 04 Июл 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Ученые из Массачусетского технологического института разработали новый аэрогель, расширяющий возможности использования солнечного тепла.

Прозрачный материал на основе кремния генерирует значительно большие температуры, в сравнении со стандартными солнечными коллекторами, сообщает eurekalert.org. Тепла достаточно для домашнего отопления или промышленных процессов, требующих показателей свыше 200°С.

Исследование было проведено аспирантом Лином Чжао, профессорами Эвелин Ван, Ганом Ченом и их коллегами. Выводы проекта представлены в ACS Nano.

Ключом к эффективному сбору тепла стала способность держать что-то горячее внутри, оставляя материал холодным снаружи. Один из методов – использование вакуума между слоем стекла и темного, поглощающего солнечные лучи материала. Такая структура используется во многих коллекторах. Но ее дорого устанавливать и обслуживать. Ученые рассматривали аэрогели как дешевую альтернативу. Но они имели ограниченную прозрачность для видимого света – около 70%. По словам Ван, создание материалов, подходящих для сбора солнечного тепла, было сложным процессом. Несколько исследователей занимались им около 4 лет. Они получили аэрогель, пропускающий более 95% солнечного света, сохраняя изоляционные свойства.

Добиться этого позволило четкое соотношение химикатов, составляющих материал. Для его производства катализатор смешивается с содержащим кремний веществом в жидком растворе. Сформировавшийся влажный гель сушат, оставляя матрицу. Исследователи создали смесь, химически реагирующую значительно быстрее стандартного сырья. Из нее получили гель с меньшими порами, слабее рассеивающий свет.

В ходе тестов на крыше кампуса МТИ, пассивное устройство, состоящее из поглощающего солнечный свет темного материала, покрытого новым аэрогелем, достигало и поддерживало температуру 220°С. Опыты проводились зимой, когда термометр показывал меньше 0°С. Раньше получить такую температуру удавалось только с концентрирующими системами, фокусирующими лучи зеркалами. Новая структура обходится без них.

Система подходит для разных задач. Так, плоский крышной коллектор, используемый для получения горячей воды, выдает около 80°С. Аэрогель позволит получать больше тепла, упрощая систему. Крупные установки подойдут для производства химикатов, продуктов питания и других товаров.

«Слой аэрогеля создает парниковый эффект», — объяснил Чжао.

Система может заменить существующие вакуумные коллекторы. Для производства аэрогеля используются недорогие, доступные материалы. Сушка – единственный затратный процесс, требующий специального устройства.