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镜面式光伏发电可从热能中获取更多电力:新的能反映99%不能转化为电能的热能“太阳能”电池可以帮助降低储存可再生能源的热量
2021年04月19日    阅读量:     新闻来源:中国玻璃网 meesm.com  |  投稿

反映了99%不能转化为电能的新型热能“太阳能”电池可以帮助降低将可再生能源作为热量存储的价格,以及从排气管和烟囱中收集废热的价格。


能量存储应用程序被非正式地称为“盒子里的太阳”,将多余的风能和太阳能发电存储在热库中。


化学工程学助理教授安德烈·莱纳特(Andrej Lenert)说:“这种网格规模的能量存储方法受到广泛关注,因为它比使用电池便宜10倍中国玻璃网meesm.com。”


这种方法中的“太阳”本身已经很便宜了:例如,一个熔融硅罐。相对昂贵的部件是光伏面板,其将存储的热量变回电能。


与将光而不是热转化为电能的普通太阳能电池板相比,热光电光伏必须能够接受能量较低的光子-光线或热量的包-因为热源的温度低于太阳。


为了最大程度地提高效率,工程师一直在寻求将能量太低的光子反射回热库。这样,能量将被重新吸收,并有另一个机会被封装到产生电能的高能光子中。


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彼得·A·弗兰肯杰出大学工程学教授和保罗·G·戈贝尔工程学教授史蒂夫·福雷斯特说:“这是一项回收工作。” “热库发出的能量在失去之前有超过100次机会被太阳能电池吸收。”


传统的金背热光伏反射了它无法吸收的95%的光-不错,但是如果每次反弹都会损失5%的光,则该光平均有20次机会在光子中重新发射有足够的能量可以转化为电能。


机会数量的增加意味着人们有可能潜在地使用更便宜的太阳能电池材料,这些材料在接受何种光子能量时会更加挑剔。这还有其他好处:更高能量的光子可以产生更高能量的电子,这意味着在释放电力时,电压更高,能量损失更少。


为了提高反射率,研究小组在半导体(将光子转换为电的材料)和金背衬之间添加了一层空气。如果光在空气中传播后击中它,而不是直接从半导体中射出,那么金是更好的反射器。为了最小化光波相互抵消的程度,空气层的厚度必须与光子的波长相似


最初,电气工程和计算机科学博士生范德久(Dejiu Fan)拒绝制造这种电池。Fan解释说,空气层的厚度必须非常精确-在几纳米之内-以反射较低能量的光子。而且,易碎的半导体膜只有1.5微米(.0015毫米)厚,但是它需要在8微米宽的金光束之间跨越70微米的空气。


范说:“起初尚不清楚这种“气桥”结构具有如此长的跨度,而在中间没有任何机械支撑的情况下,是否可以高精度地建造并能够经受多次苛刻的制造过程。


但是他做到了-而且速度很快,福雷斯特说。范与化学工程博士学位的托比亚斯·伯格(Tobias Burger)以及其他合作者一起,将金束投射到了半导体上。然后,他们在硅背板上涂上金,制成镜子,然后将金梁冷焊到金背上。这样,金光束的厚度可以精确地控制气桥的高度,从而实现近乎完美的镜像。


莱纳特已经在期待进一步提高效率,为反射的光子百分比增加额外的“尼尼斯”。例如,将反射率提高到99.9%,将使热量有1000次转化为电能的机会。


发表在《自然》杂志上的这项研究的标题是“空气桥热光伏电池中近乎完美的光子利用”。UM已申请专利保护,并正在寻求商业合作伙伴将该技术推向市场。


该研究由陆军研究办公室和美国国家科学基金会资助。Forrest还是电气工程与计算机科学,材料科学与工程以及物理学的教授。该设备内置于Lurie纳米制造设施中。


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