Виды преобразователей солнечной энергии

Виды преобразователей солнечной энергии. Системы, аккумулирующие солнечную энергию, делятся на те, в которых используются физические теплоносители, и на системы, в которых используются неорганические вещества, способные к циклическим реакциям термического разложения- синтеза (оксиды, сульфаты, гидраты, карбонаты). Далее другой тип устройств преобразует энергию излучения в электрическую, тепловую или энергию химических реакций, с использованием фотофизических или фотохимических процессов.

Рассмотрим методы преобразования солнечной энергии фотохимическими способами: 1.Наибболее эффективный способ преобразования энергии – фотосинтез; 2. Фотокаталитическое разложение воды под действием металлокомплексных соединений; 3. Создание фотокаталитических систем разложения воды. Следующим методом являются химические системы, способные аккумулировать солнечную энергию в виде энергии напряжения химических связей.

Преобразование выглядит следующим образом: А↔В+ΔН. Требования, которым должны удовлетворять фотохромный реагент А и продукт В, а так же параметры процесса, сводятся к следущему: - Прямая фотохимическая реакция должна характеризоваться высоким квантовым выходом, обратная подвержена каталитическому ускорению или тепловому инициированию; - Должны соблюдаться условия экономической выгоды, экологической и производственной безопасности (А и В должны достаточно дешёвыми, доступными, нетоксичными, химически устойчивыми по отношению к атмосферной влаге и воздуху, взрывобезопасными; - Процессы должны характеризоваться высокими степенями превращения и отсутствием побочных продуктов; - Так как более 50% СЕ, достигающей Земли, распределено в области 300-700 нм, реагент А должен поглощать свет в УФ и видимых частях спектра (400-650 нм). Чтобы избежать фотоинициирования обратной реакции, фотоизомер В, наоборот, не должен поглощать в этой области; - Активационный барьер термического перехода В→А должен быть достаточно большим, порядка 100 кДж/моль (для длительного сохранения запасённой фотопродуктом В энергии); - Обратная реакция должна иметь значительный тепловой эффект (>300 Дж/г). Как органическим так и некоторым неорганическим системам свойственны циклические реакции фотораспада – термической рекомбинации.

Органические системы, отвечающие указанным условиям: - Геометрическая изомеризация N – ацилированных аминов и нитрилов с последующей внутримолекулярной перегруппировкой; - Валентная изомеризация нитрон – оксазиридин; - Термически обратимая реакция фотодимеризации производных антрацена; - Геометрическая (Е)↔(Z) изомеризация производных индиго.

Из неорганических систем циклические реакции фотораспада присущи, например, фоторазложению нитрозилхлорида: NOCl ↔NO + 1/2Cl2 Но органических систем обладают преимуществом перед неорганическими. И связано оно с возможностью широкого варьирования строения молекул, что позволяет улучшить их спектральные характеристики, как аккумуляторов и преобразователей солнечной энергии. 3.Норборнадиен – квадрициклан, как система преобразования солнечной энергии. Исследования, проводимые в последние годы, указывают на перспективность использования систем, для которых характерна фотоинициируемая валентная изомеризация по типу (2π +2π ). В подобных системах, как правило, термодинамическое равновесие полностью смещено в сторону реагента.

Две π- связи в этих реакциях преобразуются в две σ- связи с образованием циклобутанового производного.

Один из наиболее перспективных объектов для такого рода превращений –норборнадиен, а также некоторые его производные.

Реагентами для получения норборнадиен производных являются крупнотоннажные продукты органического синтеза – циклопентадиен и ацетилен. Они могут быть легко синтезированы по реакции дневного синтеза.

Норборнадиен является своего рода уникальной молекулой.

Это редкий пример, когда такое расположение двойных связей (1,4 – диеновых углеводородов) является наиболее термодинамически устойчивым. Рассмотрим эффект превращения более детально. Наилучшие результаты превращения достигаются при использовании сенсиблизаторов, какими являются - солей меди или фенилкетоны. Низкий квантовый выход, которым характеризуется фотопревращение незамещённого норборнадиена в квадрициклан может быть значительно повышен при использовании таких сенсибилизаторов.

Конечно, имеются недостатки и при таком методе, которые затрудняют практическое использование такого рода сенсибилизаторов: сенсабилизаторы оказывают действие только в УФ – области спектра; комплексы Cu(|) окисляются до соединений Cu(||), которые не не проявляют фотоактивности; при химическом взаимодействии кетонов с норборнадиеном при облучении, образуются продукты фотоприсоединения. 4.