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欧宝平台登录:新型的热驱动光伏设备能效可达到40%
更新日期:2022-04-25 13:20:12 来源:欧宝足球直播 作者:欧宝直播足球直播

  随着可再生能源的安装不断创下年度记录,我们正接近将其产生的电力储存起来的临界点。适当的存储可以提供一种方法,来弥补由于天气变化而导致的暂时性产量下降,并且可以潜在地提供一种在可再生能源根本不生产时使用电力的方法。

  到目前为止,人们的注意力都集中在已经成功的电池存储技术,和可能成功的氢存储技术上。但这两种选择都存在问题,无法通过扩展来满足我们的需求。现在,有一种已经在使用的技术可能更灵活:热量。聚光式太阳能发电产生的热量,已经能使太阳能发电厂在日落后很长时间内仍能继续发电(有些发电厂可以24小时发电)。我们已经知道如何有效地生产和储存热量。

  现在,来自国家可再生能源实验室和麻省理工学院的研究人员,改进了一种利用储存的热量来发电的技术:一种对红外波长敏感的光伏设备。它们表明,它的效率可与蒸汽锅炉相竞争,而且它避免了复杂的移动部件和原本已经稀缺的水资源的使用。

  硅光伏电池(以及其他材料制成的电池)可以将红外光转化为电流。它们只是做得不够有效率。其他材料对这些波长更敏感,但红外线中能量较低的光子,会导致光伏输出中的电压相应降低。这会降低任何针对这些波长的设备的效率。

  但由于研究小组的重点是能量存储,他们假设自己可以控制作为光子源的热物体的温度。因此,研究人员计划使用一个相对较高的温度(在2000°C的区域),来增加可见光谱边缘附近高能光子的数量。这将允许他们使用具有更高带隙的半导体,这对应于更大的输出电压。

  为了进一步提高效率,电池结合了两种不同的材料,吸收光谱的不同区域,这被称为“双结”结构。该团队尝试了两种不同的双结装置,一种使用铝/镓/铟/砷和镓/铟/砷,另一种是镓/砷和镓/铟/砷。这两种物质在吸收效率上略有不同。

  由于这种结构是完全可控的,所以研究人员本质上是用高度反光的材料包裹整个装置,其中,包括产生光子的加热元件和将光子转化为电能的热光电池。任何向错误方向发射的光子,都会被反射到热光伏器件上或被加热元件吸收,从而有助于保持其高温。对于任何到达热光伏材料但没有被其吸收的光子来说,情况也是如此。

  与电池相比,60%的损耗听起来相当可怕,电池的往返效率超过90%。但研究人员指出,这种效率已经高于美国普通蒸汽涡轮发电机的效率。热光电器件相对较新,预计将有足够的空间将效率提高到40%以上。相比之下,涡轮机的技术已经相当成熟。

  这就是这两种不同设备的用武之地。一种是从2400°C左右的温度中提取电能的效率最高,第二种是当温度降到2000°C以下时效果更好。因此,应该可以设计出这样的系统,即在源材料的温度逐渐下降时,使用不同的热光电设备来高效地提取电能。而且,一旦温度降到热光伏设备正常工作的温度以下,温度应该仍然足够高,足以产生蒸汽来驱动涡轮机。

  第二个好处是,该系统从一开始就不知道它是如何产生用于存储的热量的。当风能和太阳能产能过剩时,它可能来自电力。它可能是聚光太阳能发电厂的一部分(尽管这些发电厂往往在1000°C左右达到最高温度)。下一代核电站的一种设计将使用蓄热来增加其灵活性。甚至可能有一些工业过程在这些温度下产生废热(尽管它们也远高于炼钢等明显的需要),可以储存。

  最后,研究小组注意到一种廉价的材料 —— 石墨 —— 可以用来在这种温度下储存热量。因此,只要热光伏设备和配套硬件的成本能够保持在合理的范围内,这可能会使热存储与可再生能源相结合,与化石燃料竞争。主要的问题似乎是需要极端的温度来让它发挥作用。

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