Solar steam generation by heat localization

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作者
Hadi Ghasemi,George Ni,Amy Marconnet,James Loomis,Selçuk Yerci,Nenad Miljkovic,Gang Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:5 (1) 被引量:1916
标识
DOI:10.1038/ncomms5449
摘要

Currently, steam generation using solar energy is based on heating bulk liquid to high temperatures. This approach requires either costly high optical concentrations leading to heat loss by the hot bulk liquid and heated surfaces or vacuum. New solar receiver concepts such as porous volumetric receivers or nanofluids have been proposed to decrease these losses. Here we report development of an approach and corresponding material structure for solar steam generation while maintaining low optical concentration and keeping the bulk liquid at low temperature with no vacuum. We achieve solar thermal efficiency up to 85% at only 10 kW m−2. This high performance results from four structure characteristics: absorbing in the solar spectrum, thermally insulating, hydrophilic and interconnected pores. The structure concentrates thermal energy and fluid flow where needed for phase change and minimizes dissipated energy. This new structure provides a novel approach to harvesting solar energy for a broad range of phase-change applications. Steam generation from solar energy is currently inefficient because of costly high optical concentration and large heat losses involved. Ghasemi et al. develop an efficient approach with internal efficiency up to 85% at low water temperature using a carbon-based material with a double-layer structure.
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