辐射冷却发电:斯坦福大学设计出夜间发电的低成本高效系统

虽然太阳能带来了很多好处,但使用在很大程度上取决于太阳光的分布,而在很多地方,太阳光的分布可能是有限的,而且在夜间完全无法使用。储存白天产生的能量系统通常都很昂贵,从而推高了太阳能的使用成本。

研究人员设计了一种离网低成本模块化能源,可以在夜间高效发电。该系统采用商用技术,最终可帮助满足城市夜间照明的需求,或为发展中国家提供照明。

为了找到一种成本较低的替代方法,斯坦福大学的研究人员将目光投向了辐射冷却。这种方法利用从周围空气中吸收的热量和冷空间的辐射冷却效应产生的温差发电。相关研究成果发表在光学协会(OSA)的《光学快报》上。

辐射冷却发电:斯坦福大学设计出夜间发电的低成本高效系统
研究人员设计了一种离网低成本的模块化能源,该能源利用辐射冷却有效地为夜间照明提供动力。

研究人员从理论上证明了一种优化的辐射冷却方法这种方法可以用一个不需要电池或任何外部能源的屋顶装置,每平方米产生2.2瓦特功率。这大约是实验证明的能量120倍,足以为模块化传感器(例如在安全或环境应用中使用的模块传感器)供电。

研究团队正在努力开发高性能、可持续的照明设备,为所有人(包括发展中国家和农村地区的人们)提供可靠,可持续的低成本照明能源。 模块化能源还可以为各种应用中使用的离网传感器供电,并用于将汽车产生的废热转化为可用的电力。

最大限度地提高发电量

利用辐射冷却进行发电的最有效方法之一是使用热电发电机。这些设备使用热电材料,通过将热源和设备冷却侧(或称辐射冷却器)之间的温差转换为电压发电。

在这项新工作中,研究人员优化了热电发电的每个步骤,以最大限度地利用屋顶上使用的设备夜间发电。屋顶辐射冷却系统可在无法使用太阳能时提供照明。他们改进了能量收集方式,使更多的热量从周围空气中流入系统,并加入了新的商用热电材料,从而增强了设备对能量利用程度。他们还计算出,覆盖一平方米屋顶的热电发电机可以实现热损失和热电转换之间的最佳权衡。

研究人员通过使用计算机建模模拟一个具有真实物理参数的系统演示这种新方法。计算模型再现了之前的实验结果,并揭示研究人员设计的优化系统可以接近使用热电转换计算出的最大效率。

除了开展实验外,研究人员还在研究白天运行系统的优化设计,这可以扩大系统的实际应用范围。

这项工作得到了美国能源部的资助。

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