科學家們正在努力研制一種“反太陽能”電池,即使沒有太陽,這種電池可以在夜間收集能量。這種技術不是像普通的太陽能電池板那樣吸收太陽光并將其轉化為電能,而是反向工作。
在晚上,當太陽能電池板沒有吸收到的熱量時,仍然有我們可以利用的輸出熱量。通過將一塊暖氣板指向太空的冷阱,這種熱量開始以不可見的紅外光向外輻射。這被稱為輻射冷卻,如果這些散發出來的熱量能夠得到合理利用,那么它可以在夜間為我們的城市提供廉價的照明。白天儲存太陽能是一個相對昂貴的提議,所以直接在夜間發電可以幫助減少這種負荷。
利用熱電發電機的熱力學模型,斯坦福大學的科學家們已經在屋頂上找到了一個概念證明,理論上可以在不需要電池或外部能源的情況下每平方米產生2.2瓦特的電能。雖然其他人也嘗試過類似的夜間電池,但這種特殊的設計可以產生120倍的能量。事實上,它幾乎與卡諾熱機的性能相當,卡諾熱機是“完美”發動機的理論熱力學極限。
這一概念是基于現有的技術,它將輻射冷卻與熱電發電機相結合并加以優化——熱電發電機只占整個裝置占地面積的1%,這是一個很好的可擴展性標志,因為熱電發電機是系統中最昂貴的部分。使用基于真實參數的計算機模型,作者將他們優化后的模擬進行了測試。這種電池被放置在屋頂上,聲稱其電池的大小能在熱量損失和熱電轉換之間實現最佳平衡。
斯坦福大學的電氣工程師說:“我們正致力于開發高性能、可持續的照明發電,為每個人提供可靠和可持續的低成本照明能源。模塊化能源還可以為各種應用中使用的離網傳感器供電,并用于將汽車廢熱轉化為可用電能。”
當然,這些實際應用還有待實現。研究人員承認,盡管他們對夜間發電的示范是了不起的,但仍不足以滿足上述許多愿望。不過,一種不依賴化石燃料燃燒來滿足我們的能源需求的技術還是值得探索的。一旦實現,人類的能源將源源不絕。
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