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| 科學(xué)家開(kāi)發(fā)出“反太陽(yáng)能”裝置 黑夜照樣能發(fā)電 |
| （時(shí)間:2019-12-11 8:34:29） |
近年來(lái)，應對全球變暖的緊迫性已經(jīng)超越了以往任何時(shí)候，氣候變化帶給人類(lèi)的威脅正越來(lái)越大。2018年年底，政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )（IPCC）發(fā)布的一份報告顯示，為了將全球氣溫升高幅度控制在1.5℃以?xún)龋ㄅc工業(yè)化前水平相比），我們必須確保碳排放在2030年之前降低45%，并且在本世紀中葉以前降低至零。
但是，僅靠可再生資源很難做到這一點(diǎn)。100%使用可再生能源是否真的能夠幫助人類(lèi)對抗氣候變暖也廣受爭議。人們爭論的核心問(wèn)題源于風(fēng)能和太陽(yáng)能這兩種最大的可再生能源是“可變的”。它們每天都會(huì )發(fā)生變化，是“不可人為調節的”。
輻射冷卻：“反太陽(yáng)能”裝置誕生
然而，清潔能源技術(shù)的新突破可能會(huì )帶來(lái)希望。美國加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明的新型“反太陽(yáng)能”裝置，能夠彌補太陽(yáng)能的限制，在黑暗中發(fā)電，為人類(lèi)所用。
該設備利用了輻射冷卻的概念，也就是夜晚天空涼爽時(shí)，地球表面的物體將熱量輻射到大氣中，從而使溫度低于環(huán)境空氣的現象。兩所高校的研究人員之前就利用了同樣的概念，制造了一種耗能極低的被動(dòng)冷卻系統。在這項研究中，研究人員利用了同樣的概念，借助溫差在夜間發(fā)電。
為了打造這種夜間可再生能源的新型裝置，研究小組從一個(gè)商用熱電模塊開(kāi)始著(zhù)手研究，這個(gè)模塊可以把溫差轉換成電能。他們把熱電模塊的一面固定在一個(gè)20厘米寬的鋁制圓盤(pán)上，該圓盤(pán)上涂有一層商用黑色油漆。然后研究人員把它放在一個(gè)覆蓋聚酯薄膜的塑料附件上，并使用透明蓋子遮蓋。
將遮蓋的這一面朝向天空并且向天空輻射熱量，保持其溫度低于周?chē)諝�。該裝置的另一面則由未加涂層的20厘米鋁盤(pán)制成，這一面通過(guò)周?chē)諝膺M(jìn)行加熱，使其溫度與周?chē)諝庖恢�。到了夜間，兩個(gè)盤(pán)面就會(huì )產(chǎn)生幾攝氏度的溫差。
涂漆的圓盤(pán)充當的是輻射發(fā)射器，當熱量從地球表面輻射到空氣中，會(huì )通過(guò)熱電模塊進(jìn)入圓盤(pán)，之后圓盤(pán)就會(huì )將熱量向上輻射。白天的時(shí)候，該設備可以反向工作來(lái)吸收陽(yáng)光，利用太陽(yáng)傳遞到圓盤(pán)的熱量以及散發(fā)到外部環(huán)境的熱量進(jìn)行發(fā)電。
在2018年12月一個(gè)無(wú)云的晚上，研究人員在斯坦福大學(xué)測試了這個(gè)模型。該發(fā)電裝置每平方米能夠產(chǎn)生25毫瓦的電量，也就是說(shuō)，它所產(chǎn)生的電量足以讓人們在晚上點(diǎn)亮一個(gè)LED燈泡。其它小型電子設備也完全夠用，比如說(shuō)電量大約為1毫瓦的助聽(tīng)器，或耗電量大約為5毫瓦的激光筆。
新技術(shù)的優(yōu)與劣
研究人員說(shuō)，這種設備的制造成本只有30美元（約合人民幣214元），應該很容易大規模生產(chǎn)。但是在未來(lái)，這種設備需要進(jìn)一步的工程改進(jìn)，比如說(shuō)采用更好的保溫材料或者增加散熱器的面積等。他們表示，這種裝置在地中�；蛏衬畾夂虻雀稍�、溫暖的條件下效率更高，每平方米能產(chǎn)生0.5瓦的電量。
該研究的作者、斯坦福大學(xué)電氣工程教授Shanhui Fan表示：為了讓地球保持大致恒定的溫度，來(lái)自太陽(yáng)的能量必須與地球熱輻射出去的熱量大致相當。這意味著(zhù)可供“反太陽(yáng)能電池”使用的能量非常龐大。
該研究的合著(zhù)者、加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程助理教授阿斯沃斯·拉曼（Aaswath Raman）稱(chēng)，這種裝置的效率不高，即使在極限狀態(tài)下運行也無(wú)法與太陽(yáng)能相提并論，或許只有不到太陽(yáng)能的百分之一。但是它成本很低，壽命比電池長(cháng)，且與太陽(yáng)能相比，適用范圍更廣。當然，它也為人類(lèi)提供了一種在太陽(yáng)能電池板失效時(shí)的全新發(fā)電方法。
從概念驗證到實(shí)際使用
這項研究發(fā)表于《焦耳》雜志上，研究人員指出，地球上有13億人缺乏可靠的電力供應。雖然有太陽(yáng)能電池，但這些人群還需要夜間照明，而借助太陽(yáng)能電池板進(jìn)行電池存儲的方式又會(huì )提高成本。因此，研究人員設計出了這種夜間發(fā)電的技術(shù)。
但目前來(lái)說(shuō)，這只是一個(gè)概念的驗證。研究人員認為，在提升保溫性等更理想的條件下，該裝置的發(fā)電量會(huì )提升。借助更大的圓盤(pán)，這種裝置或許能夠為一個(gè)家庭提供連續照明。
這種夜間發(fā)電裝置的改善型版本很可能在未來(lái)的某一天，很可能為房間點(diǎn)亮電燈、為你的手機充電，或者為偏遠地區以及資源匱乏地區的其它電子設備供電。如此一來(lái)，這些地區在夜間太陽(yáng)能電池板無(wú)法工作時(shí)就能夠正常供電。
也許有一天這項新技術(shù)將為你的手機供電。
接下來(lái)，研究人員計劃對它進(jìn)行改進(jìn)，比如說(shuō)加強頂板周?chē)谋匦缘�。這項技術(shù)未來(lái)的潛在應用是無(wú)限的。 如果這項技術(shù)最終能得到改善，并且產(chǎn)生與標準太陽(yáng)能電池板差不多的電量，那么它將改變可再生能源行業(yè)，成為取代化石燃料的有力競爭者之一。
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