太陽能用之不竭,為何不拿它來取代石油?

2020-12-20 三體使者
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太陽能是眾多清潔能源中的一種,同時它也是取之不盡用之不竭的可再生能源,綜合這兩點使得太陽能成為人類新能源發展的主要方向之一。但是太陽能的發展目前依然存在一些難題,例如轉化太陽能的設備成本高而效率卻很低。因此在過去很長一段時間裡,許多科學家和研究人員都致力於提高太陽能的轉化率。

根據環球網7月15日的報導,美國威斯康星大學的一支國際科研團隊近日發明了一種名為「太陽能液流電池」的裝置,根據研究人員的介紹這套裝置不僅在造價成本上比市面上大多數太陽能電池都要低,而且它的轉化效率也有所提高。

太陽能的轉化效率為什麼這麼低?

太陽能電池轉化太陽能的關鍵是吸收太陽光裡的光子,而目前太陽能的轉化率普遍不超過30%的原因就在吸收光子這個過程中。首先,太陽光照射在太陽能接收板上,並非所有光都能被吸收,因為有相當一部分光被反射出去了。其次,太陽光是由不同波長組成的自然光,這就導致了有些波長的光子擁有充足的能量,而有些波長的光子能量不足。

能量不足的光子無法進入太陽能電池更深層次的吸收裝置,導致太陽能第二部分的流失。總而言之,目前太陽能電池效率較低的主要原因是,轉化裝置無法適應太陽光裡所有的波段的光。

該研究小組如何提高太陽能的轉化效率?

該研究小組先利用理論建模來確定能夠在理想電壓下保持正常性質的化學物質,然後以這些化學物質作為電池原料進行多種搭配,最後通過實驗篩選發現矽和鈣鈦礦能與太陽能電池串聯起來,而且這種組合在液流電池的輔助下效率更高。

一般的鈣鈦礦電池對太陽能的轉化率大概只有18%,而加入液流電池的鈣鈦礦電池轉化率提升到了20%。此外經過檢測該電池能夠在長期運行的狀態下保持最高效率,而且它的容量和壽命也比大多數光伏電池出色。雖然該發明只提升了2%的轉化率,但隨著該電池投入使用時間越長,它所轉化的太陽能就越多。

新能源將是未來人類社會發展的主流

如今人類文明的能源結構依然以化石能源為主,但在氣候變暖、化石能源越用越少、環境汙染等問題頻發的情況下,如果人類想要實現可持續發展,就需要逐步改變能源結構,以更環保、更高效、可再生的新能源替代化石能源。我們都知道這條能源產業革新的道路很長,因為人類的工業、農業和服務業都對化石能源有很高的依賴程度。

其次,目前世界各國的新能源發展情況較為緩慢,人類還需要更多時間來突破新能源技術的瓶頸。幸運的是,已經有很多國家開始行動起來,中國也在不斷推廣新能源產品。

參考資料:

環球網 7月15日 《科學家研發太陽能液流電池:轉換效率達20%》

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