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运输性质

运输性质

收割地球’s infrared energy

Interest in thermal radiation 热s up

人类在寻找可再生能源方面表现出相当大的独创性–追逐风,潮汐,生物量,阳光等等。但有一个我们尚未利用的消息来源– the 1017 由于太阳从太阳接收的热量,地球向外太空发射的红外热辐射的瓦数为W。

“只要有机会产生能量,科学家就应该努力” says 史蒂夫·伯恩斯 美国哈佛大学。“尽管环境中流动着大量的红外能量,但尚未在能源产生方面对其进行适当评估。过去20年来中红外技术的飞速发展 years…使我们能够想象新的中红外设备和应用程序。”

哈佛大学的Byrnes及其同事,包括红外量子级联激光器的共同发明者费德里科·卡帕索(Federico Capasso),已经研究了两种方法来制造“发射能量收集器”(EEH)可以提取其中的一些红外功率。

两种可能的方法

伯恩斯解释说,该技术与两种类型的太阳能发电大致可比。“In the first, ‘solar thermal’,太阳光会加热物体,而涡轮机会根据热物体与较凉环境之间的温差运行,” he says. “We can make a ‘thermal EEH’以类似的方式:物体辐射冷却,而涡轮机则根据冷却物体与较暖环境之间的温差运行。”

The team envisages that such a 热EEH device would consist of a “hot”板在地球和空气的温度下“cold”顶部的极板是由非常辐射的材料制成的,通过辐射热量将其冷却到天空。地球表面,温度约为275–300 K比3高得多 K of outer space.

该团队计算出了这种设计在俄克拉荷马州拉蒙特的一个测试地点可以产生多少功率,该测试地点具有对下行长波红外辐射的测量。考虑到可能发射的红外辐射量和温度条件,接收到的红外辐射量的数据可帮助研究人员计算出器件的理想性能。

日夜工作

全年,这些设备的平均产量为2.7 W/m2或0.06 kWh/m2 研究人员每天计算。“我们发现红外线辐射可以在白天和黑夜产生大量能量,” says Byrnes.

科学家写道,从原则上讲,地球具有足够的EEH能量,可以为全人类提供许多倍的能量。 PNAS,但对于大规模发电应用而言,此功率密度非常低。例如,效率为1.5%的光伏板将在拉蒙特工厂产生与EEH相同的总能量。也就是说,用阳光加热EEH设备可以将其发电量提高五倍。

因为在向下辐射很小的情况下,设备工作得最好–在空气干燥干燥的情况下(例如冬季),或者在地面变热的情况下(夏季更典型的情况)–全年的功率输出大致相同。在一天的过程中,当环境温度最高时,功率可能会在下午和晚上达到峰值。

光电收割

太阳能的第二种选择是“solar photovoltaic”,其中阳光直接转换为电流。“We can make an ‘optoelectronic EEH’以类似的方式” explains Byrnes. “天线向天空辐射红外辐射,通过与二极管相互作用,可以直接产生可用的电能。”

这种方法依赖于天线比二极管更凉爽,因为它会发射红外辐射。该温度差意味着由于电噪声而形成的电流仅在一个方向上流动,从而产生电压。鉴于最近的技术进步,该设计可能是可行的,但尚未成为现实。

伯恩斯和他的同事们设想将这种EEH层压到太阳能电池板上,以使设备在夜间或太阳能热水器上发电,而不是单独部署。

“In recent 年份 there have been fantastic developments in nanophotonics and infrared physics and engineering, by us and by other researchers around the world,” says Byrnes. “这项研究明确了要实现的重要目标,但是持续的协作研究工作对于真正实现该目标至关重要。”

研究小组在 PNAS.

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者