腦洞大!斯坦福科學家發明新裝置:能同時利用太陽的熱量和外太空的...
2020-12-08 前瞻網腦洞大！斯坦福科學家發明新裝置：能同時利用太陽的熱量和外太空的寒冷
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（圖源：ScienceDaily）
史丹福大學的科學家首次證明，來自太陽的熱量和來自外太空的寒冷可以通過一個設備同時收集。
他們的研究發表在11月8日的期刊《焦耳》(Joule)上，該研究表明，太陽能和太空能源的採集設備不會爭奪土地空間，實際上還可以幫助彼此更有效地發揮作用。
可再生能源作為一種經濟、高效的化石燃料替代品日益受到人們的歡迎，太陽能是全球最受歡迎的能源之一。
但是，還有另一種強大的能源資源可以表現出相反的功能——外層空間。
「人們普遍認識到,太陽對於地球和人類來說是一個完美的天然熱源，「Zhen Chen說,他是這項研究的第一作者, 曾任史丹福大學博士後研究員，在Shanhui Fan的組中，現在是中國東南大學教授。
「大自然也為人類提供了一個完美的散熱器，這一點還沒有得到廣泛認識。」
物體以紅外輻射的形式放出熱量——一種人眼看不見的光。
這些輻射的大部分被大氣中的粒子反射回地球，但其中的一些會逃逸到太空中，使得在紅外範圍內釋放出足夠輻射的物體表面溫度低於其周圍環境的溫度。
輻射冷卻技術可以反射大量的紅外光，提供一種不排放溫室氣體的空調替代品。
它還可能有助於提高太陽能電池的效率，以降低太陽能電池溫度的方式——只要這兩種技術能和平共處在一個屋頂上。
Chen和他的同事開發了一種結合輻射冷卻和太陽能吸收技術的裝置。
該裝置由一個鍺太陽能吸收器組成，安裝在輻射冷卻器上，輻射冷卻器上有氮化矽、矽和鋁層，這些層被密封在真空中，以減少不必要的熱量損失。
太陽能吸收器和大氣在8-13微米的中紅外範圍內都是透明的，這為輻射冷卻器的紅外輻射通過外層空間提供了通道。
團隊演示了這個組合設備，可以同時提供24度的太陽能加熱和29度的輻射冷卻，太陽能吸收器通過阻擋太陽熱量來提高輻射冷卻器的性能。
「在屋頂上，我們想像一個光伏電池可以提供電力，而輻射冷卻器可以在炎熱的夏天給房子降溫。」Chen說。
雖然這一技術看起來很有前途，但Chen教授認為，要將其推廣到商業用途，還有很多工作要做。
雖然真空包裹裝置可以相對容易地放大，但硒化鋅製成的紅外線透明窗戶仍然太貴，太陽能吸收器和輻射冷卻器也可以用更便宜的高性能材料設計。
Chen認為，在太陽能吸收器的位置上測試光伏電池的使用也很重要——這一想法尚未得到證實。
但是，儘管有這些實際的挑戰，研究小組相信這項研究表明，可再生能源的屋頂潛力比之前想像的還要大。
「我認為這項技術可能會徹底改變目前的太陽能電池技術。」 Chen說。
「如果我們的概念得到驗證和擴展，未來的太陽能電池將有兩種功能:發電和冷卻。」
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