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如果太陽能電池在晚上工作怎么辦? 加州大學戴維斯分校電氣和計算機工程系教授杰里米·蒙迪(Jeremy Munday)說,這可不是開玩笑。實際上,根據蒙迪和研究生特里斯坦·德佩(Tristan Deppe)撰寫的一份概念文件,在理想條件下,經過特殊設計的光伏電池在夜間每平方米可以產生高達50瓦的功率,約為白天常規(guī)太陽能電池板的四分之一。該封面文章發(fā)表在2020年1月的ACS Photonics上。
蒙迪最近從馬里蘭大學加入加州大學戴維斯分校,他正在開發(fā)這些夜間太陽能電池的原型,這些太陽能電池可以產生少量電能。研究人員希望提高設備的功率輸出和效率。
蒙迪說,這一過程與普通太陽能電池的工作過程相似,但相反。與周圍環(huán)境相比較熱的物體將以紅外光的形式輻射熱量。 常規(guī)太陽能電池比太陽涼爽,因此吸收光。
太空則是非常寒冷,因此,如果您有一個溫暖的物體并將其指向天空,它將向其輻射熱量。數百年來,人們一直在使用這種原理進行夜間制冷。 蒙迪說,在過去的五年中,人們對在白天可以做到這一點的設備(通過過濾掉陽光或避開太陽來向外輻射熱量)產生了濃厚的興趣。
通過散熱來發(fā)電
還有另一種稱為熱輻射電池的設備,該設備通過向周圍環(huán)境輻射熱量來發(fā)電。研究人員已經探索使用它們來捕獲發(fā)動機的廢熱。
(a)光伏(PV)電池和(b)熱輻射(TR)電池的能帶圖和電流-電壓曲線。對于PV電池,由太陽光輻射產生的過量電子和空穴將分別流向n型和p型半導體上的觸點,從而在負載中產生負電流以用于發(fā)電。 相反,在TR電池中,源自非輻射過程的熱激發(fā)電子和空穴相反流動,因此正電流將流過負載并發(fā)電。
蒙迪說:“我們正在考慮,如果我們將其中一種設備拿到溫暖的地方并指向天空,那該怎么辦? ”
指向夜空的這種熱輻射電池會發(fā)出紅外線,因為它比外太空溫暖。
“常規(guī)的太陽能電池通過吸收陽光來發(fā)電,這會導致設備兩端出現電壓并使電流流過。在這些新設備中,光會被發(fā)射,電流和電壓的方向相反,但是仍然會產生能量。 必須使用不同的材料,但是物理原理是相同的。”
如果采取措施阻止直射的陽光或使其遠離陽光,則該設備也能夠在白天工作。由于這種新型太陽能電池可能會全天候運行,因此在晝夜循環(huán)中平衡電網是一個很有意思的選擇。