“反太陽能”裝置讓黑夜照樣能發(fā)電

帕特勒

近年來，應(yīng)對(duì)全球變暖的緊迫性已經(jīng)超越了以往任何時(shí)候，氣候變化帶給人類的威脅正越來越大。根據(jù)氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）發(fā)布的一份報(bào)告顯示，為了將全球氣溫升高幅度控制在1.5℃以內(nèi)（與工業(yè)化前水平相比），人類必須確保碳排放在2030年之前降低45%，并且在本世紀(jì)中葉以前降低至零。

但是，僅靠可再生資源很難做到這一點(diǎn)。100%使用可再生能源是否真的能夠幫助人類對(duì)抗氣候變暖也廣受爭(zhēng)議。人們爭(zhēng)論的核心問題源于風(fēng)能和太陽能這兩種最大的可再生能源是“可變的”。它們每天都會(huì)發(fā)生變化，是“不可人為調(diào)節(jié)的”。

美國加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)的研究人員發(fā)明的新型“反太陽能”裝置，能夠彌補(bǔ)太陽能的限制，在黑暗中發(fā)電，為人類所用。

該設(shè)備利用了輻射冷卻的概念，也就是夜晚天空涼爽時(shí)，地球表面的物體將熱量輻射到大氣中，從而使溫度低于環(huán)境空氣的現(xiàn)象。兩所高校的研究人員之前就利用了同樣的概念，制造了一種耗能極低的被動(dòng)冷卻系統(tǒng)。在這項(xiàng)研究中，研究人員利用了同樣的概念，借助溫差在夜間發(fā)電。

為了打造這種夜間可再生能源的新型裝置，研究小組從一個(gè)商用熱電模塊開始著手研究，這個(gè)模塊可以把溫差轉(zhuǎn)換成電能。他們把熱電模塊的一面固定在一個(gè)20厘米寬的鋁制圓盤上，該圓盤上涂有一層商用黑色油漆。

將遮蓋的這一面朝向天空并且向天空輻射熱量，保持其溫度低于周圍空氣。該裝置的另一面則由未加涂層的20厘米鋁盤制成，這一面通過周圍空氣進(jìn)行加熱，使其溫度與周圍空氣一致。到了夜間，兩個(gè)盤面就會(huì)產(chǎn)生幾攝氏度的溫差。

研究人員在斯坦福大學(xué)測(cè)試了這個(gè)模型。該發(fā)電裝置每平方米能夠產(chǎn)生25毫瓦的電量，也就是說，它所產(chǎn)生的電量足以讓人們?cè)谕砩宵c(diǎn)亮一個(gè)LED燈泡。其他小型電子設(shè)備也完全夠用，比如說電量大約為1毫瓦的助聽器，或耗電量大約為5毫瓦的激光筆。

研究人員說，這種設(shè)備的制造成本只有30美元（約合人民幣214元），應(yīng)該很容易大規(guī)模生產(chǎn)。但是在未來，這種設(shè)備需要進(jìn)一步的工程改進(jìn)，比如說采用更好的保溫材料或者增加散熱器的面積等。他們表示，這種裝置在地中海或沙漠氣候等干燥、溫暖的條件下效率更高，每平方米能產(chǎn)生0.5瓦的電量。

該研究的作者、斯坦福大學(xué)電氣工程教授Shanhui Fan表示：為了讓地球保持大致恒定的溫度，來自太陽的能量必須與地球熱輻射出去的熱量大致相當(dāng)。這意味著可供“反太陽能電池”使用的能量非常龐大。

這項(xiàng)研究發(fā)表于《焦耳》雜志上，研究人員指出，地球上有13億人缺乏可靠的電力供應(yīng)。雖然有太陽能電池，但這些人群還需要夜間照明，而借助太陽能電池板進(jìn)行電池存儲(chǔ)的方式又會(huì)提高成本。因此，研究人員設(shè)計(jì)出了這種夜間發(fā)電的技術(shù)。

借助更大的圓盤，這種裝置或許能夠?yàn)橐粋€(gè)家庭提供連續(xù)照明，如果這項(xiàng)技術(shù)最終能得到改善，并且產(chǎn)生與標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池板差不多的電量，那么它將改變可再生能源行業(yè)，成為取代化石燃料的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。