新南威尔士大学(UNSW)光伏与可再生能源工程学院副教授 NJ Ekins-Dauks 指出,白天阳光照射到地面并加热地表,地面会反射相同水平的能量和夜间辐射回空间。这在气象学上称为辐射冷却,地球表面吸收的太阳热能在夜间向天空发射长波辐射,在晴天、微风或干燥温度下,地表会迅速降温,从而最终导致温度突然下降。新南威尔士大学的研究团队认为,如果辐射流可以通过细胞转化为电能,将会有大量未使用的能量可供利用。
太阳能也能在夜间发电?澳大利亚科学家最近正在通过所谓的“辐射冷却”机制为太阳能电池板添加功能,并希望在白天发挥 1/10 的太阳能功率。
太阳能电池板在夜间确实有潜力。新南威尔士大学(UNSW)光伏与可再生能源工程学院副教授 NJ Ekins-Dauks 指出,白天阳光照射到地面并加热地表,地面会反射相同水平的能量和夜间辐射回空间。
这在气象学上称为辐射冷却,地球表面吸收的太阳热能在夜间向天空发射长波辐射,在晴天、微风或干燥温度下,地表会迅速降温,从而最终导致温度突然下降。新南威尔士大学的研究团队认为,如果辐射流可以通过细胞转化为电能,将会有大量未使用的能量可供利用。
毕竟,澳大利亚是世界上屋顶太阳能用户数量最多的国家之一。自 2001 年以来,该国已经有超过 300 万用户使用太阳能电池板,到 2021 年的容量超过 3GW。
话虽如此,Ekins-Daukes 强调“夜间太阳能”目前仍处于初步阶段。研究证明了其可行性,虽然发电量仍然较低,仅为一般太阳能的1/100,000,在12.5°C的温差下功率密度为2.26mW/㎡,辐射效率为1.8%。
传统的太阳能电池本质上是由P型和N型半导体的结形成的,这种特殊的结构被称为PN结。当半导体被太阳光吸收时,PN结会产生电子-空穴对,受激电子和被剥夺电子的空穴在内建电场的作用下会向相反方向移动,从而进一步导出电流和电压。靠近结的区域将形成一个没有便携式载流子的区域,称为耗尽区。
该团队研发的设备称为热辐射二极管,其工作原理与太阳能电池相反,它吸收从地球表面(或其他热源)向上发射的热能,然后将差值转换为温度,其材料与红外夜视镜的材料相似。
新南威尔士大学(UNSW)光伏与可再生能源工程学院讲师迈克尔尼尔森指出,与传统太阳能电池相比,热辐射二极管确实起到了相反的作用,尽管半导体PN结仍然是核心设备,只是操作方向颠倒了。Ekins-Daukes 评论说,现有的热辐射二极管功率仍然相对较低,其中一个挑战是检测方法,尽管理论表明该技术最终可能产生大约 1/10 的太阳能电池功率。