從黑暗中產(chǎn)生電光源的反向太陽能電池

大多數(shù)太陽能電池板通過一種稱為光伏效應(yīng)的原理——即光照在某些材料上會產(chǎn)生電流的物理過程，從太陽中產(chǎn)生電能。然而，美國加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)的科學(xué)家發(fā)明了一種新型“反向太陽能電池”，可利用夜間地球輻射的熱量產(chǎn)生電光源，在黑暗中發(fā)電，彌補太陽能的限制。輻射冷卻的概念為當(dāng)夜晚天空涼爽時，地面比空氣暖和，物體將熱量輻射到大氣中，從而使地面溫度低于環(huán)境空氣。利用此概念，科學(xué)家開發(fā)了反向太陽能電池這種耗能極低的被動冷卻系統(tǒng)，利用溫度交換將其轉(zhuǎn)換為電能。研究人員指出，地球上有13億人缺乏可靠的電力供應(yīng)，雖然有太陽能電池，但借助太陽能電池板進(jìn)行電池存儲的方式成本很高，而這種夜間發(fā)電的“反向太陽能電池”有助于為全世界的離網(wǎng)地區(qū)提供可靠的能源。

科學(xué)家從一個可將溫差轉(zhuǎn)換為電能的商用熱電模塊著手研究。他們將其一面固定在一個直徑為20 cm、涂有一層商用黑色油漆的鋁制圓盤上，然后把它放在一個覆蓋聚酯薄膜的塑料附件上，并使用透明蓋子遮蓋。被遮蓋的一面朝向天空向天空輻射熱量，使其溫度低于周圍空氣溫度。另一面為未加涂層的直徑為20 cm的鋁盤，該面通過周圍空氣進(jìn)行加熱，使其溫度與周圍空氣一致。涂漆的圓盤則充當(dāng)輻射發(fā)射器，當(dāng)熱量從地球表面輻射到空氣中時，熱量通過熱電模塊進(jìn)入圓盤，之后圓盤將熱量向上輻射。白天，“反向太陽能電池”吸收太陽光，利用太陽傳遞到圓盤的熱量及散發(fā)到外部環(huán)境的熱量進(jìn)行發(fā)電，到了夜間，兩個盤面就會產(chǎn)生幾攝氏度的溫差。

研究人員選擇了一個無云的晚上，對“反向太陽能電池”進(jìn)行了測試。雖然天空輻射冷卻產(chǎn)生的能量比太陽能電池直接從太陽獲取的能量很少，每m2僅產(chǎn)生25毫瓦的電量，但足以在晚上點亮一個LED燈泡，也能供其它小型電子設(shè)備使用，如電量大約為1毫瓦的助聽器，或耗電量大約為5毫瓦的激光筆。在地中?；蛏衬雀稍?、溫暖的氣候條件下效率更高，每m2鋁制圓盤能產(chǎn)生0.5 W的電量。這款概念驗證設(shè)備采用現(xiàn)成的低成本商品組件制造，總成本不到30美元，易大規(guī)模生產(chǎn)。

有關(guān)的研究人員表示，為了讓地球保持大致恒定的溫度，來自太陽的能量須與地球熱輻射出去的熱量相當(dāng)，這意味著可供“反向太陽能電池”使用的能量非常大，雖然該裝置效率不高，即使在極限狀態(tài)下運行也無法與太陽能相提并論，但它的壽命只受熱電模塊壽命的限制，與電池壽命無關(guān)。而熱電模塊的壽命與太陽能電池板相比可延長一個數(shù)量級，且適用范圍更廣，提供了在夜間太陽能電池板無法工作時的全新發(fā)電方法。

目前，“反向太陽能電池”僅是一個概念的驗證，未來在采用更好的保溫材料、增加散熱器面積或加強頂板周圍保溫性等更理想的條件下，發(fā)電量將進(jìn)一步提升。“反向太陽能電池”的改善型版本很可能在未來的某一天為一個家庭提供連續(xù)照明，為手機充電、或為偏遠(yuǎn)地區(qū)及資源匱乏地區(qū)的電子設(shè)備供電。