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                    Joule:新型溫差發電機可從夜空中采集電能

                    9 月 12 日,研究人員在 Joule 雜志上發表文章“Generating Light from Darkness”,介紹了一種廉價的熱電裝置。在沒有主動熱量輸入的情況下,這個熱電裝置可以利用空間中的寒冷,在夜間為 LED 提供電力。

                     

                    “ 極其重要的是,夜間太陽能電池不工作時,這個設備也能夠發電,”加州大學洛杉磯分校材料科學與工程系助理教授 Aaswath Raman 說,“除了照明用途外,我們認為這可能是一種廣泛可行的發電方式,適合偏遠地區和任何需要夜間發電的地方?!?/p>

                     

                    雖然太陽能電池在白天是可再生能源的有效來源,但目前還沒有類似的可在夜間發電的可再生方式。太陽能燈可以配置電池,將白天獲得的能量儲存起來供夜間使用,但成本同時也增加了。

                     

                    Raman 和斯坦福大學科學家 Wei Li 和 Shanhui Fan 共同開發的這一熱電裝置利用輻射冷卻的優勢,避開太陽能的局限。在輻射冷卻過程中,朝向天空的表面將其熱量通過熱輻射傳遞到大氣中,向空間損失一部分熱量,從而達到比周圍空氣更低的溫度。這一原理可以用來解釋嚴寒的夜晚在草地上形成的霜凍現象,同樣也可以用來指導發電,通過利用溫差以在夜間照明需求高峰時產生可再生電力。

                     

                    12 月一個晴朗的晚上,Raman 和同事在斯坦福的屋頂上測試了他們的低成本熱電發電機。這個裝置主體是一個聚苯乙烯容器,外表覆蓋著鍍鋁聚酯薄膜,以盡可能地減少熱輻射,并由一個紅外透明防風罩保護。裝置放在屋頂上一張約一米高的桌子上,從周圍空氣中吸取熱量,并通過一個簡單的黑色輻射器在夜間將熱量釋放到夜空中。當熱電發電機被連接到升壓變換器和白色 LED 時,研究人員觀察到它被動地為 LED 供電。他們進一步測量了裝置 6 小時的輸出功率,發現它產生的功率高達每平方米 25 毫瓦。

                     

                     

                    熱電發電機工作原理示意圖。圖片來源:Aaswath Raman

                     

                    由于輻射冷卻器只含有一個簡單的覆蓋涂層的鋁盤,而且其他所有的零部件都很容易買到,Raman 和他的團隊相信該熱電設備很容易實現大規模應用。目前單位面積發電量仍然相對較小,限制了該裝置的推廣應用,但研究人員語言,通過工程技術改進(例如抑制輻射冷卻部件中的熱增益以提高熱交換效率),或者在更炎熱干燥的氣候條件下運行,裝置產能可以提升至 20 倍。

                     

                    Raman 說:“外層空間的低溫可以作為可再生能源被充分利用,我們的工作表明這個方向仍然有許多機遇。我們也認為這是太陽能互補技術的基礎。雖然輸出功率可能始終會比較低,但這樣的裝置可以在太陽能電池無法工作的時候運行?!?/p>

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