“反向運(yùn)行”在夜間發(fā)電

經(jīng)過研究人員的改造，這種電池白天像傳統(tǒng)的太陽能電池板一樣收集太陽的能量，然后電池板在夜間“反向運(yùn)行”以繼續(xù)發(fā)電。

實(shí)際上這是一種 “熱電模塊”的絕緣材料（一種可以捕獲熱波長的獨(dú)特材料）附著在能吸收太陽光的電池板之外，此外還有一個(gè)嵌入式熱電發(fā)電機(jī)（TEG），這種發(fā)電機(jī)能夠在晚上工作，會(huì)從光伏電池與周圍環(huán)境之間的溫差中獲取電能發(fā)電。這項(xiàng)研究已發(fā)表在《應(yīng)用物理通訊》上。

通過將熱電發(fā)電機(jī)整合到傳統(tǒng)的光伏太陽能電池板中，科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了每平方米50毫瓦的夜間發(fā)電量。

改裝后的太陽能電池板在夜間工作，可產(chǎn)生足夠的電力為手機(jī)充電或點(diǎn)亮LED燈，無需在離網(wǎng)位置的電池中儲(chǔ)存能量。

適合資源有限的偏遠(yuǎn)地區(qū)

建造它的工程師團(tuán)隊(duì)表示，他們使用價(jià)格低且可用常見的材料來安裝，這意味著它可以整合到現(xiàn)有的太陽能電池中，并在資源有限的偏遠(yuǎn)地區(qū)使用。

“這種方法的好處是，你在晚上基本上有一個(gè)直接電源，不需要任何電池存儲(chǔ)，”Fan表示。電池可能很昂貴且存在安全性問題，它們還需要大量能源來制造，如果處理不當(dāng)，可能會(huì)造成水和空氣污染。

雖然夜間太陽能電池可能在離網(wǎng)位置用于某些低功率任務(wù)，但它們目前的性能意味著它們不太可能取代現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施?！耙虼?，大規(guī)模發(fā)電的潛力非常低，”英國利物浦大學(xué)的Ken Drose說。

“我們?cè)谶@里設(shè)法做的是用現(xiàn)成的組件構(gòu)建整個(gè)設(shè)備，具有非常好的熱接觸，整個(gè)設(shè)置中最昂貴的東西是熱電本身，”來自計(jì)量工程師 Zunaid Omair說，他也是斯坦福大學(xué)該研究的作者之一。

光伏板越來越普遍安裝在離網(wǎng)和微型電網(wǎng)情況下，該解決方案可以提供午夜備用照明和電力。由于熱電發(fā)電機(jī)具有較長的使用壽命，因此所提出的系統(tǒng)的長期維護(hù)成本可能低于電池存儲(chǔ)。

研究人員表示，目前全世界大約有7.5億人沒有穩(wěn)定的電供應(yīng)，這項(xiàng)技術(shù)可以為他們提供可靠和清潔的能源?！霸谠S多依賴微型電網(wǎng)或離網(wǎng)系統(tǒng)的農(nóng)村地區(qū)，夜間供電通常需要大量額外的電池存儲(chǔ)裝置，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。開發(fā)一種在夜間從現(xiàn)有光伏電池中提取能量的方法將緩解光伏發(fā)電的白天限制，并減少或消除電力系統(tǒng)中對(duì)電池存儲(chǔ)的需求?！?

專家認(rèn)為這種發(fā)電設(shè)備很適合安裝在晝夜溫差較大的地區(qū)，“我們的系統(tǒng)可以在離網(wǎng)地區(qū)的白天和夜間運(yùn)作連續(xù)的可再生能源?！?

比如我國西北地區(qū)以及青藏高原上，白天陽光直射時(shí)光能很足，到了晚上空氣溫度又很低，地域環(huán)境很利于這種發(fā)電設(shè)備發(fā)揮效能。我國是世界第一大太陽能面板生產(chǎn)國和太陽能發(fā)電量第一大國，所以這種技術(shù)或許對(duì)我國的太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。

論文發(fā)表后該技術(shù)已被認(rèn)為是太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的突破性進(jìn)展，但是也有一些聲音對(duì)這項(xiàng)技術(shù)存疑。目前這種發(fā)電設(shè)備在晚上產(chǎn)出的電能還是很少，夜間產(chǎn)生的功率僅為每平方米50毫瓦，驅(qū)動(dòng)一盞100瓦的燈泡就需要數(shù)十平方米面積的太陽能發(fā)電板，所以基本還是很難有效利用的狀態(tài)。而標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池板白天理想狀態(tài)的發(fā)電，功率大約為每平方米1000瓦，白天和夜晚的發(fā)電量完全不能相提并論，而且晚上的時(shí)候光伏發(fā)電存儲(chǔ)的熱量冷卻得也比較快，這種技術(shù)產(chǎn)生的電量會(huì)衰減很快直至電量全無，因此這一發(fā)明雖然驚艷，但距離實(shí)際應(yīng)用還很遠(yuǎn)。

 01 
 "обратный ход" в ночное время 
 после того, как исследователи реконструировали эту батарею, она днем собирает солнечную энергию, как обычная панель солнечных батарей, а затем панель батарей "работает в обратном направлении" в ночное время, чтобы продолжить производство электроэнергии. 
 На самом деле это изоляционный материал "термоэлектрических модулей" (уникальный материал, способный улавливать длину тепловой волны), прикрепленный к батареям, поглощающим солнечный свет, а также встроенный термоэлектрический генератор (тэг), который может работать в ночное время и получать электроэнергию из - за разности температур между фотоэлектрическими элементами и окружающей средой.  Это исследование было опубликовано в "бюллетень прикладной физики". 
 Поскольку тепло распространяется в направлении низкой температуры, ночью солнечные батареи излучают тепло в космосе, а температура в открытом космосе составляет около 3 Кельвина (- 270,15°C).  Это делает солнечные батареи более холодными, чем вечерний воздух, и эта разница может быть использована для выработки электроэнергии. 
 инженер - электрик Стэнфордского университета фан шаньюи пояснил, что в новом изобретении солнечных фотоэлектрических батарей имеются два материала: обычные фотоэлектрические материалы могут вырабатываться с помощью солнечного света, а тепловые материалы термоэлектрических модулей могут ночью поглощать тепловой поток от фотоэлектрических батарей, что позволит производить ток. 
 Таким образом, этот технический принцип также не трудно понять, что фотоэлектрическое оборудование может хранить тепло фотоэлектрической энергии в дневное время, поглощая солнечное излучение, а ночью - через радиатор, и значительная часть этой энергии может быть захвачена в тепловые модули. 
 интегрируя термоэлектрические генераторы в традиционные фотоэлектрические батареи, ученые добились выработки электроэнергии в ночное время на 50 МВт на квадратный метр. 
 модифицированные панели солнечных батарей работают в ночное время, что позволяет вырабатывать достаточное количество электричества для зарядки мобильных телефонов или зажигания светодиодных ламп без необходимости хранения энергии в батареях, расположенных вне сети. 
 02 
 удаленные районы с ограниченными ресурсами 
 группа инженеров - строителей заявила, что они используют недорогие и доступные материалы для установки, что означает, что они могут быть интегрированы в существующие солнечные батареи и использоваться в отдаленных районах с ограниченными ресурсами. 
 "преимущество этого метода заключается в том, что вечером у вас есть прямой источник энергии, который не требует хранения батарей", - сказал фан.  батареи могут быть дорогостоящими и небезопасными, и для их изготовления необходимы значительные объемы энергии, и в случае неправильного удаления они могут привести к загрязнению воды и воздуха. 
 Хотя солнечные батареи в ночное время могут использоваться для выполнения некоторых низкоэнергетических задач в удаленных от сети местах, их нынешние характеристики означают, что они вряд ли могут заменить существующую энергетическую инфраструктуру.  "Поэтому потенциал крупномасштабной выработки электроэнергии весьма низок", - сказал Кен дросе из Ливерпульского университета, Соединенное Королевство. 
 "все, что мы здесь пытаемся сделать, это построить все оборудование из готовых компонентов с очень хорошими тепловыми контактами, и самое дорогое в этом устройстве - это сама теплота", - сказал инженер - метролог зунаид омэйр, который также является автором этого исследования в Стэнфордском университете. 
 фотоэлектрические плиты все чаще устанавливаются в удаленных от сети и микроэлектрических сетях, что позволяет обеспечивать освещение и электроэнергию в полночь.  Поскольку термоэлектрические генераторы имеют более длительный срок службы, предлагаемые затраты на долгосрочное обслуживание системы могут быть ниже, чем расходы на хранение батарей. 
 По мнению исследователей, в настоящее время около 750 миллионов человек во всем мире не имеют стабильного электроснабжения, и эта технология может обеспечить их надежными и чистыми источниками энергии.  ? во многих сельских районах, где энергоснабжение в ночное время, как правило, требует больших количеств дополнительных аккумуляторных батарей, что увеличивает сложность системы. 
 Эксперты считают, что это оборудование вполне пригодно для установки в районах с большой суточной перепадой температуры, "наши системы могут работать непрерывно в дневное и ночное время вне сети". 
 например, на северо - западе страны, а также на нагорье цинхай - Тибета, солнечное излучение в дневное время достаточно, а ночью температура воздуха очень низкая, географическая обстановка благоприятствует эффективному функционированию этой электростанции.  Мы являемся первой в мире страной - производителем солнечной панели и первой в мире страной, производящей солнечную энергию. 
 После публикации этого документа эта технология была расценена как прорыв в области солнечной фотоэлектрической энергии, однако некоторые голоса поставили под сомнение эту технологию.  В настоящее время такие генераторы производят очень мало электричества в ночное время, в ночное время производят лишь 50 МВт на квадратный метр, а для привода на 100 Вт лампы требуется несколько десятков квадратных метров солнечной панели, и поэтому в целом их трудно эффективно использовать.  В идеальном состоянии стандартной панели солнечных батарей в дневное время, мощность около 1000 ватт на квадратный метр, дневное и ночное производство совершенно не сопоставимы, а в ночное время тепло, хранящееся в фотоэлектрических генераторах, быстро охлаждается, и генерируемая в результате этого технология быстро сокращается до полного отсутствия электричества, поэтому это изобретение, хотя и удивительно, но далеко от реального применения.