8月14日消息，據(jù)美國光學(xué)學(xué)會（OSA）官網(wǎng)近日報道，美國斯坦福大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊設(shè)計出一款脫離電網(wǎng)的低成本模塊化能量源，它能在夜間高效發(fā)電。該系統(tǒng)采用市面上已有的商用技術(shù)，最終將幫助滿足城市地區(qū)夜間照明的需求，或者為發(fā)展中國家提供照明。

盡管太陽能有許多優(yōu)點，但它的使用嚴重依賴于陽光分布，而光照在許多地區(qū)都是有限的，且夜間完全不可用，一般來說需要昂貴的系統(tǒng)來存儲日間制造出的能量，從而提高了太陽能的使用成本。

為了尋找一個較便宜的替代方案，美國斯坦福大學(xué)教授范汕洄（Shanhui Fan）領(lǐng)導(dǎo)的研究人員們考慮采用輻射冷卻。該方案使用從周圍空氣吸收熱量所造成的溫度差異以及冷空間的輻射冷卻效應(yīng)來發(fā)電。

（圖片來源：Lingling Fan 和 Wei Li，斯坦福大學(xué)）

在美國光學(xué)學(xué)會期刊《光學(xué)快報（Optics Express）》上，研究人員從理論上證明了這種經(jīng)過優(yōu)化的輻射冷卻方案。該方案通過一個無需電池以及任何外部電源的屋頂裝置，產(chǎn)生每平方米2.2瓦特的電力。這大約是之前實驗演示的發(fā)電量的120倍，足以為模塊化的傳感器（例如在安全或者環(huán)境應(yīng)用中使用的那些）提供電力。

論文第一作者范琳琳（音譯：Lingling Fan）表示：“我們正在努力開發(fā)高性能、可持續(xù)的照明發(fā)電，讓每一個人（包括那些發(fā)展中地區(qū)和貧困地區(qū)）都能獲得可靠且可持續(xù)的低成本照明能源。模塊化的能量源也可能為一系列應(yīng)用中使用的脫離電網(wǎng)的傳感器提供電力，并將汽車的廢熱轉(zhuǎn)化為可用的能源。”

采用輻射冷卻發(fā)電的最有效途徑之一，就是采用熱電發(fā)電機。這些設(shè)備使用熱電材料將熱源與設(shè)備較冷一側(cè)（或者說輻射冷卻器）之間的溫度差異轉(zhuǎn)化為電壓來發(fā)電。

在新研究中，研究人員們優(yōu)化了熱電發(fā)電的每一個步驟，從而使屋頂安裝的設(shè)備的夜間發(fā)電量最大化。他們改善了能量吸收，使得更多的熱量從周圍空氣流入系統(tǒng)中，并采用新的商用熱電材料，提高設(shè)備對能量的利用率。他們也計算出，覆蓋屋頂達一平方米的熱電發(fā)電機能在熱量損耗和熱電轉(zhuǎn)化之間實現(xiàn)了最佳的權(quán)衡。

團隊成員之一的李偉（音譯：Wei Li）表示：“最重要的創(chuàng)新之一，就是設(shè)計出一款連接設(shè)備較冷一側(cè)的選擇性熱輻射器。這樣就優(yōu)化了輻射冷卻過程，從而使得發(fā)電機可以更有效地擺脫過熱。”

研究人員通過采用計算機建模以真實的物理參數(shù)模擬系統(tǒng)，從而論證了這個新方案。該模型準確地再現(xiàn)了以前的實驗結(jié)果，并揭示了經(jīng)過研究人員優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)接近之前采用熱電轉(zhuǎn)換方法計算出的最大效率。

除了展開實驗，研究人員也檢查了用于日間操作系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，該設(shè)計將在夜間之外拓展系統(tǒng)的實際應(yīng)用。

文章來源： 環(huán)球創(chuàng)新智慧