科學家開發出「反向太陽能電池」:黑暗中也能持續發電 使用壽命更長
2020-11-25 前瞻網科學家開發出「反向太陽能電池」：黑暗中也能持續發電 使用壽命更長
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加利福尼亞的科學家們開發了一種「反向太陽能電池」設備，該設備可以利用夜間從地面流入太空的能量為家用電器等供電。這項技術可以填補僅在白天工作的太陽能電池板所留下的空白。
（圖文無關）
普通太陽能電池板的一個問題是，它們僅在陽光普照的白天才發電，因此夜晚就成為了產生能源的「空窗期」。在這段大致佔據一天中三分之一的漫長時間裡，如果用電池來替上，成本之高顯而易見。對於那些生活中偏遠地區或無法負擔額外電池費用的發展中國家的人們來說，這成為了一大問題。
科學家們研發出的這種成本極低的新型方案，實際上是通過從黑暗中捕獲能量，然後像太陽能電池板那樣工作。他們利用太陽和地球之間的溫差來創造可用的能量。
該研究今年9月發表在同行評審的《焦耳》（Joule）雜誌上。
利用熱量散失到夜空
加州大學洛杉磯分校和史丹福大學的研究人員利用了稱為輻射冷卻（radiative cooling）的原理。該原理可以應用在晚上，主要是因為地球將熱量輻射到白天吸收的空間中。這個過程實際上可能導致地面變得比空氣更冷，這就是當氣溫仍然高於冰點時，夜晚在草地上形成霜凍的方式。因為暴露於夜空的物體與用來發電的空氣之間存在溫差，它就發揮作用了。
這一概念背後的技術非常簡單，預估只要花費約30美元。他們製作的熱電模塊由一個類似於鞋盒大小的聚苯乙烯泡沫塑料盒組成。它被鋁材料覆蓋，外部漆成黑色的金屬盤面朝上，內部是鋁塊——用來充當「熱發射器」。但是，關鍵組件是將磁碟和塊耦合的商用熱電發電機。
（上圖為熱電發電機的示意圖，該發電機利用溫度差來產生可再生電力，而無需主動輸入熱量。 圖源：Joule雜誌）
熱量從地面入空氣，通過盒子底部的一個小鋁塊進入圓盤，然後將熱量向上輻射到空氣中。
熱電發電機或熱電偶是固態設備，當熱量從一側傳遞到另一側時會發電。它們的應用範圍很廣，從小型溫度傳感器到通過煙囪中產生的廢熱產生動力的設備，再到由體熱產生電能的設備都涵蓋在內。
該技術也已用於日光太暗而無法提供足夠功率的深空探測器。它們是放射性同位素熱電發生器（RTG）中的關鍵組件。RTG使用一小塊放射性物質來產生熱量，這些熱量會由熱電材料轉化為電能。這些設備為機器人提供了動力，例如火星上的「好奇號」漫遊車，前往土星的卡西尼號飛行任務以及雙子航海家號，它們將運行數十年，探索太陽系的外圍。
目前還只能點亮LED燈泡
熱源是什麼都沒有關係，並且產生電流不需要很大的溫差。
泡沫盒設備放在加利福尼亞州斯坦福市的屋頂上。在12月的晴朗夜晚，持續了六個多小時，空氣和黑色金屬之間的溫度差僅為幾度。這產生了0.8毫瓦的峰值功率，這只是一天中同等尺寸的太陽能電池板可產生的電能的很小一部分。但這足以點亮LED燈泡，並證明了可以從黑暗中產生光的概念。
科學家們說，通過改進和擴大規模，大型設備可以以完全無源的方式為夜間照明，或為電子設備充電提供足夠的清潔電力。研究人員聲稱，在更高的絕緣和更乾燥的氣候條件下，他們將能夠使每平方米磁碟的功率達到0.5瓦。
熱力電能不能滿足我們所有的夜間能源需求，但是它們可以在發展中國家和邊遠地區提供低成本的清潔能源。而且它們的壽命不受電池的限制。
另一方面，早期測試表明該設備每平方米只產生了微小的64納瓦功率。相比之下，太陽能電池板的平均功率要比這高出十億倍，因此這一研究實際上還有很長的路要走。
該項目表明，地球上產生清潔能源的手段還有很大探索空間。甚至在晚上，能量也以多種形式存在於我們周圍。我們只需要創新的方法來捕獲它。
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