美國科學家發明新技術,太陽光利用效率突破 50%

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本文獲合作媒體 TECH2IPO 授權轉載。

普渡大學的研究者們創造了一個全新的系統,它混合了現有三種太陽能技術,分別是 PV、熱電技術(TE)和聚光太陽能技術,將太陽光利用效率提升至 50%。

如今,太陽能技術已取得突飛猛進的發展,薄膜太陽能發電效率已高達 31%,聚光太陽能技術也已日漸成熟。然而,現有太陽能技術也有其技術瓶頸,發電效率始終在 30% 左右徘徊,但這種局面即將被新的技術所打破。日前,美國普渡大學的研究者們通過將現有多種太陽能技術混搭,構建一個混合系統,將太陽光利用效率提升至 50%。

技術混搭

通過技術混搭,普渡大學的研究者們創造了一個全新的概念,它混合了現有三種太陽能技術,分別是 PV、熱電技術(TE)和聚光太陽能技術。當然,該系統並不是簡單地將三種技術累加在一起,而是充分利用太陽光譜,構建了一個完整有序的系統。

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Purdue University

首先,PV 太陽能電池板能將可見光與紫外線等高能光子轉化為電能,提供系統約 20% 的電能。如採用薄膜太陽能電池板,發電效率會提升至 31%。

同時,研究者們採用一種全新設計的「選擇性的太陽能吸收器和反射鏡」熱電裝置,能將太陽光熱低能光子轉化為電能,生成約 5% 的電能;與此同時,該熱電裝置通過使用鏡組聚光,將熱量收集並進行儲存,驅動蒸汽渦輪,生成約佔系統 25% 的電能。

普渡大學電子和計算機工程學院的助理教授 Peter Bermel 向記者表示:「這種做法集合了現有的幾種使用太陽能的方法,通過使用混合系統,能全光譜利用太陽光線,從而提高太陽能發電效率。」

系統優勢

該系統通過利用光譜分裂的優點,提高太陽光利用效率,降低發電成本,並能顯著提高電網的相容性。理想狀況下,這套系統能在現有條件下,將利用太陽光的效率提高到超過 50%,而單靠 PV 系統,效率最多只有 31%。

這套系統的關鍵在熱電裝置,它主要發揮兩種重要作用:一、熱電裝置在反射可見光的同時,吸收近紅外的光子,從而提高太陽光照的利用率;二、熱電裝置不斷提高儲熱溫度,在日落之後,蓄熱器的高溫能保證渦輪機運轉發電。

Bermel 進一步解釋,「這是一種選擇性的系統,能充分利用太陽光譜,蓄熱器能為生產電能提供更高的靈活性,整套系統在日落之後仍然能持續發電幾個小時。」所以,整套系統能滿足整天不同時段的用電需求。

研究進展

目前,該項研究工作已得到美國能源部和美國國家科學基金的支持。然而,整套系統仍處於理論設計階段,為驗證其可行性,研究者們還需做進一步實驗分析。

談及未來,Bermel 顯得信心滿滿,「這種混合系統無疑是可行的,理論上,我們已知道應該做什麼,但目前還需通過更多實驗,去驗證各個部分及整套系統的運轉情況。」

也不只是構想,該研究的論文已發表在 8 月 15 日的《能源環境科學》雜誌的網站上;該系統的示範影片,也已在 YouTube 同步上線。

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