研究人员设计了高效低成本的夜间发电系统

研究人员设计了一种离网、低成本的模块化能源，它使用辐射冷却来有效地产生夜间照明电力。图片来源：斯坦福大学的 Lingling Fan 和 Wei Li

研究人员设计了一种离网、低成本的模块化能源，可以在夜间高效发电。该系统使用商用技术，最终可以帮助满足城市地区的夜间照明需求或为发展中国家提供照明。

尽管太阳能电力带来了很多好处，它的使用在很大程度上取决于阳光的分布，它可以在许多地方是有限的，在夜间完全不可用。存储白天产生的能量的系统通常很昂贵，从而推高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 Shanhui Fan 领导的研究人员开始研究辐射冷却。这种方法利用从周围空气吸收热量产生的温差和冷空间的辐射冷却效应来发电。

在光学学会 (OSA) 期刊Optics Express 中，研究人员从理论上展示了一种优化的辐射冷却方法，该方法可以使用不需要电池或任何外部能量的屋顶设备产生每平方米 2.2 瓦的功率。这大约是实验证明的能量的 120 倍，足以为模块化传感器供电，例如用于安全或环境应用的传感器。

该论文的第一作者 Lingling Fan 说：“我们正在努力开发高性能、可持续的照明发电设备，让每个人——包括发展中国家和农村地区的人——都能获得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使用的离网传感器供电，并用于将汽车的废热转化为可用电力。”

最大化发电

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和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一步，以最大限度地利用将在屋顶上使用的设备在夜间发电。他们改进了能量收集，使更多的热量从周围的空气流入系统，并采用了新的市售热电材料，以提高设备对能量的利用程度。他们还计算出，覆盖一平方米屋顶的热电发电机可以实现热损失和热电转换之间的最佳平衡。

“最重要的创新之一是设计了一种选择性发射器，该发射器连接到设备的冷端，”研究团队成员 Wei Li 说。“这优化了辐射冷却过程，使发电机可以更有效地去除过多的热量。”

研究人员通过使用计算机建模来模拟具有真实物理参数的系统来展示这种新方法。这些模型忠实地再现了之前的实验结果，并表明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，研究人员还在研究白天和夜间操作系统的最佳设计，这可以扩展系统的实际应用。