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新方法聚集太陽(yáng)能熱量

作者: 來(lái)源:中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)|http://www.acstyle.com.cn/ 發(fā)布時(shí)間:2011-12-06 瀏覽:
太陽(yáng)紅外輻射通過(guò)表面上的微孔進(jìn)入芯片,但是,反射光線在逃逸時(shí),會(huì)被擋住,因?yàn)橛芯_設(shè)計(jì)的幾何結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)使光線只有非常小的逃避角度。

大多數(shù)技術(shù)利用太陽(yáng)能量是采集陽(yáng)光本身,然后再轉(zhuǎn)換為電力,這要使用光伏材料。其他方法利用太陽(yáng)熱能,通常是采用鏡子集中太陽(yáng)光,產(chǎn)生足夠的熱量,煮沸水,轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電渦輪機(jī)。第三是不太常見(jiàn)的方法,它利用太陽(yáng)熱量也要用鏡子聚光,但它是直接發(fā)電,采用的固態(tài)器件稱(chēng)為熱光伏電池(thermophotovoltaics),它在麻省理工學(xué)院(MIT)的起源,可以追溯到20世紀(jì)50年代。


在材料中創(chuàng)造一種光子晶體結(jié)構(gòu),這樣,它發(fā)射光線時(shí),就會(huì)優(yōu)先朝著一個(gè)方向,而且是在一定的波長(zhǎng)范圍,這就可以最好地優(yōu)化光電轉(zhuǎn)換。
來(lái)源:麻省理工科技創(chuàng)業(yè)

現(xiàn)在,麻省理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)找到一種方法,在使用熱光電設(shè)備時(shí),不需要用鏡子聚集陽(yáng)光,這就使這種系統(tǒng)更簡(jiǎn)單也更便宜。關(guān)鍵是要防止熱量逸出熱電材料,這些事情麻省理工學(xué)院的研究小組做到了,因?yàn)樗麄兪褂昧艘环N光子晶體:實(shí)質(zhì)上就是一種間距精確的微觀孔洞陣列,就在這種材料的頂層。

這種方法模擬地球的溫室效應(yīng):來(lái)自太陽(yáng)的紅外輻射可以通過(guò)表面的孔進(jìn)入芯片,但是,反射光線在逃逸時(shí),就會(huì)被擋住。能夠擋住是因?yàn)橛芯_設(shè)計(jì)的幾何結(jié)構(gòu),只允許光線以非常小的角度逃避,而其余的光會(huì)留在材料內(nèi),進(jìn)行加熱。

這種新設(shè)備已經(jīng)被介紹,論文作者是電子研究實(shí)驗(yàn)室(Research Laboratory of Electronics)的研究科學(xué)家彼得•博梅爾(Peter Bermel)和麻省理工學(xué)院其他研究人員,發(fā)表在10月份的《納米研究快報(bào)》(Nanoscale Research Letters)雜志上。

博梅爾解釋說(shuō),如果你把一塊普通的深色吸光吸熱材料放在陽(yáng)光下直射,“它不會(huì)比沸水更熱,”因?yàn)檫@種東西會(huì)再輻射熱量,幾乎和吸收一樣快。但是,要高效率發(fā)電,就需要比這溫度高得多。聚集陽(yáng)光時(shí),采用拋物面反射鏡或大型平面鏡陣列,可能達(dá)到高得多的溫度,但是,代價(jià)是更大更復(fù)雜的系統(tǒng)。

“我正在尋求的,是要替代這種模式,”博梅爾說(shuō),這就要“集中太陽(yáng)光的熱量”:捕捉到之后再反射回材料內(nèi)。結(jié)果,他說(shuō),這種設(shè)備可以吸收同樣多的熱量,就像標(biāo)準(zhǔn)的黑色物體一樣,但是,“在實(shí)踐中,我們可以使它極為炙熱,而且不會(huì)再輻射很多熱量。”

這樣一種系統(tǒng),他說(shuō),“規(guī)模大時(shí)會(huì)很有效,足以競(jìng)爭(zhēng)過(guò)更多傳統(tǒng)的電力形式。這可以取代聚光器。”

此外,這種系統(tǒng)制備簡(jiǎn)單,使用的是標(biāo)準(zhǔn)的芯片制造技術(shù)。相比之下,他說(shuō),傳統(tǒng)聚光系統(tǒng)所用的鏡子,需要“非常優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì),這是很昂貴的。”

博梅爾說(shuō),下一步研究是測(cè)試不同材料,在這種配置中找到那些發(fā)電最有效的材料。采用現(xiàn)有的太陽(yáng)能熱光電系統(tǒng),他說(shuō),“把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電力的最高效率是10%,但采用這種角度選擇方法,也許可以達(dá)到35%至36%。”這反過(guò)來(lái)又高于傳統(tǒng)太陽(yáng)能光伏電池可能達(dá)到的理論最大值。

在太陽(yáng)能電池業(yè)務(wù)中,博梅爾指出,“甚至1%左右的小差異都被認(rèn)為很重要。”然而,在這一點(diǎn)上,他的研究一直“主要是理論性的,”所以,下一步要制作和測(cè)試更多的實(shí)際設(shè)備。到目前為止,他說(shuō),“我們有了一些初步結(jié)果”,可以驗(yàn)證這一理論。

杰森•弗萊舍(Jason Fleischer)是普林斯頓大學(xué)(Princeton University)電氣工程副教授,他沒(méi)有參與這項(xiàng)工作,他說(shuō),熱光電系統(tǒng)要運(yùn)作良好,“陽(yáng)光通常需要集中,而它又會(huì)重新散發(fā)到太空,這就是一個(gè)問(wèn)題。”他說(shuō),博梅爾和他的合著者取得的進(jìn)展,是利用現(xiàn)有吸光材料,在其中創(chuàng)造一種光子晶體結(jié)構(gòu),“這樣,它發(fā)射光線時(shí),就會(huì)優(yōu)先朝著一個(gè)方向,而且是在一定的波長(zhǎng)范圍,這就可以最好地優(yōu)化光電轉(zhuǎn)換。”這樣做,就可以“顯著提高效率,超過(guò)古典預(yù)測(cè)所依據(jù)的非聚光類(lèi)型,使小裝置可以產(chǎn)生同樣多的電力,就像更大的傳統(tǒng)裝置一樣。”

弗萊舍說(shuō),這項(xiàng)研究具有“特別高”的水準(zhǔn)。

論文的合作者有麻省理工學(xué)院的約翰•姚諾笸籮斯(John Joannopoulos),他是弗朗西斯•萊特•戴維斯物理學(xué)教授(Francis Wright Davis Professor of Physics);還有物理學(xué)教授馬林•索爾加西斯(Marin Solja?i?),還有四名學(xué)生。資金來(lái)自國(guó)家科學(xué)基金會(huì),能源部麻省理工學(xué)院S3TEC能源研究前沿中心(MIT S3TEC Energy Research Frontier Center),以及士兵納米技術(shù)研究所(Institute for Soldier Nanotechnologies)。

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關(guān)鍵字:新方法 聚集 太陽(yáng)能

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