在黑暗中无法获得太阳能，因此研究人员设计了一种高效的低成本系统，可在夜间发电

时间：2021-10-16 11:52:02 来源：

研究人员设计了一种离网，低成本的模块化能源，该能源使用辐射冷却来有效地产生夜间照明所需的电能。

当太阳能不可用时，屋顶辐射冷却系统可以提供照明功率。

研究人员设计了一种离网低成本的模块化能源，该能源可以在夜间高效发电。该系统使用可商购的技术，最终可以帮助满足市区夜间照明的需求或为发展中国家提供照明。

尽管太阳能带来许多好处，但其使用在很大程度上取决于阳光的分布，在许多地方都可能受到限制，并且在晚上完全无法使用。存储白天产生的能量的系统通常很昂贵，因此增加了使用太阳能的成本。

为了找到更便宜的替代方案，斯坦福大学的范善辉带领的研究人员研究了辐射冷却。这种方法利用了周围空气吸收的热量和冷空间的辐射冷却效应所产生的温差来发电。

在光学协会（OSA）的《光学快报》上，研究人员从理论上证明了一种优化的辐射冷却方法，该方法可以通过不需要电池或任何外部能量的屋顶设备每平方米产生2.2瓦特。这大约是实验证明的能量的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传感器）供电。

该论文的第一作者范玲玲说：“我们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）提供可靠且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的离网传感器供电，并将其用于将汽车产生的废热转化为可用功率。”

使用辐射冷却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与设备的冷侧（或辐射冷却器）之间的温差转换为电压来发电。

在这项新工作中，研究人员优化了热电发电的每个步骤，以最大程度地利用屋顶上使用的设备夜间发电。他们改善了能量收集的方式，使更多的热量从周围的空气流入系统中，并结合了新的商用热电材料，从而提高了设备使用能量的程度。他们还计算出，覆盖屋顶一平方米的热电发电机可以在热量损失和热电转换之间取得最佳平衡。

“最重要的创新之一是设计一种选择性发射器，该发射器连接到设备的阴凉面，”研究团队成员李伟说。“这优化了辐射冷却过程，从而使发电机可以更有效地消除过多的热量。”

研究人员通过使用计算机建模来模拟具有实际物理参数的系统，从而演示了这种新方法。这些模型忠实地复制了先前的实验结果，并揭示了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。

除了进行实验外，研究人员还在研究除夜间以外白天用于操作系统的最佳设计，这可能会扩展系统的实际应用。

参考：范玲玲，魏力，金伟良，梅恩·奥伦斯坦和范善辉的“通过最佳辐射冷却实现的最大夜间电力生产”，光学快报，2020年8月13日。DOI：
10.1364 / OE.397714

这项工作得到了美国能源部的资助，授权号为DE-FG02-07ER46426。

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