美大學(xué)正研究可利用晝夜溫差發(fā)的電熱傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)

據(jù)了解，全世界仍有超過17億人沒有可靠的電力供應(yīng)。目前很多無電地區(qū)開始利用太陽能發(fā)電，而儲(chǔ)能裝置也為夜晚的供電起到了一定的保障。但僅僅在白天發(fā)電還不夠，斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員正在研究一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)可以幫助裝置在夜晚發(fā)電，他們認(rèn)為這種夜晚發(fā)電的技術(shù)或許能在未來扮演重要的角色。

這項(xiàng)技術(shù)本身并沒有多么新型，事實(shí)上，它的原理來自于近200年前。該裝置被稱為熱傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)（thermoelectric generator），通過塞貝克效應(yīng)（Seebeck effect），利用兩塊金屬板之間的溫差發(fā)電。溫差越大，產(chǎn)生的功率越大。

我們已經(jīng)將這項(xiàng)技術(shù)用來轉(zhuǎn)化工業(yè)機(jī)械和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等來源的廢熱。而這項(xiàng)新研究采用了同樣的技術(shù)來控制兩種空氣之間的溫差。

這種設(shè)備如何實(shí)現(xiàn)？研究人員制造了一個(gè)設(shè)備，該設(shè)備由兩個(gè)“盤子”相互疊在一起。頂板面向夜空的冷空氣，而底板則面向地面，被封閉在相對(duì)溫暖的空氣中。熱總是輻射到較冷的環(huán)境，環(huán)境越冷，熱的輻射越快。因?yàn)橥饨玳_放的夜空比底板的封閉空氣更冷，所以頂板比底板散熱更快。這就產(chǎn)生了兩個(gè)盤子之間的溫差。在這項(xiàng)研究中，溫差在4到5℃之間。

在兩種不同的溫度下，熱開始從較熱的底板傳到較冷的頂板，這種裝置便是利用熱的流動(dòng)來發(fā)電。但在這么小的溫差下，能產(chǎn)生的電力是有限的。研究者的設(shè)備僅有25 MW／㎡的電，能夠滿足一個(gè)小的LED閱讀燈。相比之下，一塊同樣大小的太陽能電池板足以支持三臺(tái)32英寸的LED電視，后者相當(dāng)于前者這是4000倍的功率。

更大的潛力

其實(shí)，該裝備在更干燥的氣候條件下表現(xiàn)得更好。因?yàn)樵谳^濕潤的氣候下，空氣中的水分容易凝結(jié)在朝下的底板上，使底板的溫度其冷卻，并減小與頂板間的溫差。而如果是在干旱的地中海地區(qū)，該設(shè)備的發(fā)電量是在美國的20倍。

該設(shè)備本身也能夠進(jìn)行改進(jìn)。例如，可以給設(shè)備涂上涂層，使設(shè)備表面低于周圍環(huán)境的溫度，這樣晚上就會(huì)更冷。他們也可以使用瓦楞紙板來代替平板，更有效地捕捉和發(fā)射輻射。這些技術(shù)的升級(jí)可以提高10倍的電力輸出。

隨著日常技術(shù)效率的不斷提高，熱分子裝置不久將在為社會(huì)提供動(dòng)力方面發(fā)揮重要作用。通過連接安裝在房屋墻壁上的一系列熱傳導(dǎo)發(fā)電機(jī)，可以顯著減輕房屋的能源負(fù)荷。這種方法是可行的，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)可以大規(guī)模生產(chǎn)并以足夠低的價(jià)格出售，從而為無電地區(qū)或者是電力價(jià)格昂貴的地區(qū)提供另一種可行的能源。

當(dāng)然，熱電設(shè)備不太可能取代太陽能發(fā)電的和儲(chǔ)能電池地位。因?yàn)槿缃耠姵氐某杀局挥?0年前的四分之一，而帶有電池存儲(chǔ)功能的太陽能系統(tǒng)已經(jīng)成為滿足家庭和工業(yè)能源需求的廉價(jià)方式。但是，這項(xiàng)技術(shù)可以作為太陽能和電池儲(chǔ)能的輔助和補(bǔ)充，可以在電池故障時(shí)為離網(wǎng)生活的人提供重要的備用能源。比如在十分寒冷的夜晚，如果電力出了問題，那些使用熱電設(shè)備來加熱的人至少會(huì)覺得慶幸。
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