Célula Peltier como célula solar en el espacio

Hay una pregunta relacionada: en el espacio, ¿la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior puede proporcionar energía útil?

El problema con eso es que se basa en el concepto de "interior caliente" y usa el espacio como disipador de calor, mientras que hay fuentes (como el Sol) que calentarían el "exterior" más que el "interior". y, en general, una variedad de otros problemas.

Ahora, debería haber una forma mucho más simple de explotar la transferencia de calor: tomemos una almohadilla de celdas Peltier, con el lado expuesto al sol, con un recubrimiento altamente absorbente y una serie de radiadores de alta emisividad en el "lado oscuro".

El problema básico en la Tierra es la "temperatura ambiente": casi tanto calor como el que se irradia desde el "lado enfriado" se devuelve a él mediante la radiación de la Tierra y se equilibra por convección + conducción de calor del aire. En el espacio, hay Fondo de Microondas Cósmico (CMB) que, si entiendo correctamente, es bastante débil. No hay convección pero la radiación es bastante eficiente. Eso significa que se podrían transferir cantidades considerables de calor desde el lado del Sol al lado del "espacio exterior", al menos mientras permanezcamos relativamente cerca del Sol.

Por supuesto, dicha transferencia de calor podría explotarse a través de cualquier fuente de energía que explote la transferencia de calor, como una celda Peltier, o incluso si está dispuesto a ir tan lejos, a través de un motor Stirling.

Ahora, ¿cómo les iría a tales sistemas frente a las células fotovoltaicas "antiguas"? ¿Alguien podría arrojarme algunos números, comparando lo que podríamos esperar de la misma superficie/masa/precio de uno versus el otro?

Sugiero investigar un poco, al menos en Wikipedia. Las nuevas generaciones de PV están disponibles . La palabra clave es eficiencia.
@DeerHunter: tenga en cuenta que las eficiencias de las celdas solares son solo para una sola banda o un número estrictamente limitado de bandas en celdas multibanda. Todas las demás frecuencias se desperdician por completo. Mientras tanto, con la transferencia térmica, puede aplicar una pintura negra tonta sobre una capa de lámina de metal, que absorberá y convertirá en calor todo lo que comience lejos hacia X y termine en algún lugar más allá de las microondas o más. Eso es mucho calor e incluso pérdidas del orden del 91% pueden no ser suficientes para compensar la ganancia de simplemente absorber todo lo que se puede absorber.
el problema es que después tienes que rechazar todo ese calor.
@DeerHunter: cuanto más alta es la temperatura, más fuerte es la radiación. En cierto punto, los radiadores se pondrían al día y tendríamos una diferencia bastante alta entre las dos superficies (a menos que todo se queme y se derrita primero). Ahora, ¿qué diferencia sería? ¿Qué tipo de transferencia de calor?

Respuestas (1)

Esta publicación no incluye ningún problema de construcción del mundo real.

si suponemos que la temperatura en el lado frío es de -30,0 grados F (243 K) y la temperatura en el lado cálido es de 250 F (394 K) ( fuente ), el ciclo de Carnot predice una eficiencia de 0,383.

Multiplicando por la eficiencia máxima de un elemento peltier del 15 % ( refrigeración termoeléctrica ), la eficiencia neta es 0,057 o 5,7 %.

Una superficie de 1 metro cuadrado iluminada con una energía de 120 W( fuente ), al 5,7%, produce solo 6,9 W.

Esto es mucho más bajo que la energía que obtiene con los paneles solares típicos (en el rango del 20% de la fuente ).

editado-eficiencia mucho menor que los paneles solares . La eficiencia por m ^ 2 es mucho mayor que con las velas solares, pero luego m ^ 2 de vela solar cuesta una fracción de centavo; su eficiencia proviene de una enorme superficie.
@Quonux Pero, ¿qué pasa con la eficiencia por kg? Eso sería mucho más interesante.
@Philipp: Actualmente, las celdas Peltier son algo más pesadas que las celdas solares. Por otro lado, nadie se molestó nunca en construir células Peltier que fueran muy ligeras. La mayor parte de su peso proviene de elementos pesados ​​de cobre que distribuyen el calor, los elementos termoeléctricos comprenden una fracción relativamente pequeña del volumen, por lo que hay mucho margen de mejora.
¿Puede dar una derivación o referencia para la suposición inicial de que el lado frío estaría a solo -30 F?
@NathanTuggy solo fue una suposición, si desea calcularlo exactamente, debe calcular el calor / energía entrante del sol, la conducción de calor del material y la temperatura en el lado oscuro es la solución de estado estacionario de esto (parcial ?) ecuación diferencial. La ley de Stefan-Boltzmann se utiliza para calcular la radiación de calor (cuerpo negro) del lado iluminado/sombreado.
@Quonux No veo el número de 120 W en la fuente que señala; Veo que "la radiación solar extraterrestre es de 1367 vatios por metro cuadrado"... lo que hace que los cálculos anteriores resulten en 77,9 W. Aunque no es necesariamente relevante si está comparando eficiencias: 5,7% (termo) frente a 20% (paneles solares) es una propuesta perdedora sin importar la entrada.
@pjz: Bastante justo, asumiendo que está buscando una solución para el poder LEO. Sin embargo, si está buscando una sonda interplanetaria, o incluso un satélite de órbita bastante alta, o si tiene algo como un protector solar para aislar la radiación terrestre (que es casi trivial), esa es otra historia. Entonces parece que -30 C es solo el caso si no le importa optimizar el sistema en absoluto.
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