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Joule:新型温差发电机可从夜空中采集电能

9 月 12 日,研究人员在 Joule 杂志上发表文章“Generating Light from Darkness”,先容了一种低价的热电装置。在没有主动热量输入的情况下,这个热电装置可以利用空间中的冰冷,在夜间为 LED 提供电力。

 

“ 极其重要的是,夜间太阳能电池不工作时,这个设备也能够发电,”加州大学洛杉矶分校材料科学与工程系助理教授 Aaswath Raman 说,“除了照明用途外,大家认为这可能是一种广泛可行的发电方式,适合偏远地区和任何需要夜间发电的地方。”

 

虽然太阳能电池在白天是可再生能源的有效来源,但目前还没有类似的可在夜间发电的可再生方式。太阳能灯可以配置电池,将白天获得的能量储存起来供夜间使用,但成本同时也增加了。

 

Raman 和斯坦福大学科学家 Wei Li 和 Shanhui Fan 共同开发的这一热电装置利用辐射冷却的优势,避开太阳能的局限。在辐射冷却过程中,朝向天空的表面将其热量通过热辐射传递到大气中,向空间损失一部分热量,从而达到比周围空气更低的温度。这一原理可以用来说明严寒的夜晚在草地上形成的霜冻现象,同样也可以用来引导发电,通过利用温差以在夜间照明需求高峰时产生可再生电力。

 

12 月一个晴朗的晚上,Raman 和同事在斯坦福的屋顶上测试了他们的低成本热电发电机。这个装置主体是一个聚苯乙烯容器,外表覆盖着镀铝聚酯薄膜,以尽可能地减少热辐射,并由一个红外透明防风罩保护。装置放在屋顶上一张约一米高的桌子上,从周围空气中汲取热量,并通过一个简单的黑色辐射器在夜间将热量释放到夜空中。当热电发电机被连接到升压变换器和白色 LED 时,研究人员观察到它被动地为 LED 供电。他们进一步测量了装置 6 小时的输出功率,发现它产生的功率高达每平方米 25 毫瓦。

 

 

热电发电机工作原理示意图。图片来源:Aaswath Raman

 

由于辐射冷却器只含有一个简单的覆盖涂层的铝盘,而且其他所有的零部件都很容易买到,Raman 和他的团队相信该热电设备很容易实现大规模应用。目前单位面积发电量仍然相对较小,限制了该装置的推广应用,但研究人员语言,通过工程技术改进(例如抑制辐射冷却部件中的热增益以提高热交换效率),或者在更炎热干燥的气候条件下运行,装置产能可以提升至 20 倍。

 

Raman 说:“外层空间的低温可以作为可再生能源被充分利用,大家的工作表明这个方向仍然有许多机遇。大家也认为这是太阳能互补技术的基础。虽然输出功率可能始终会比较低,但这样的装置可以在太阳能电池无法工作的时候运行。”

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