光熱和光伏是當(dāng)今太陽(yáng)能發(fā)展的兩條平行線，但是美國(guó)科學(xué)家的最新科研成果似乎正在讓這兩條平行線相交。據(jù)美國(guó)《大眾科學(xué)》報(bào)道，斯坦福大學(xué)的工程師們?nèi)涨罢业搅艘环N同時(shí)利用太陽(yáng)的光和熱來(lái)產(chǎn)生電能的方法，這將能使太陽(yáng)能產(chǎn)品的效率達(dá)到現(xiàn)有方式的3倍，并有可能使太陽(yáng)能便宜到可以和石油競(jìng)爭(zhēng)。
這種顛覆性的太陽(yáng)能利用方法被稱(chēng)為“光子增強(qiáng)型熱離子輻射”，簡(jiǎn)稱(chēng)為PETE。斯坦福大學(xué)材料科學(xué)和工程系副教授尼克·梅洛什領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過(guò)在一片半導(dǎo)體材料上噴涂一薄層金屬銫，使材料具有了利用光和熱來(lái)產(chǎn)生電力的能力。研究證實(shí)，這一新工藝將不再基于標(biāo)準(zhǔn)的光伏發(fā)電機(jī)制，能在很高的溫度條件下產(chǎn)生類(lèi)似于光伏發(fā)電的反應(yīng)，而且溫度越高，工作效率越高，而傳統(tǒng)的光伏發(fā)電在溫度升高時(shí)效率會(huì)逐漸降低。
大多數(shù)硅基太陽(yáng)能電池在溫度達(dá)到100攝氏度時(shí)已呈現(xiàn)出惰性，但PETE設(shè)備在超過(guò)200攝氏度的條件下才會(huì)達(dá)到峰值效率，因而最適于應(yīng)用在拋物面太陽(yáng)能聚光器中�？蛇_(dá)到800攝氏度高溫的拋物面聚光器通常作為太陽(yáng)能發(fā)電廠設(shè)計(jì)的一部分。
據(jù)梅洛什計(jì)算，PETE裝置在太陽(yáng)能聚光器中效率可以達(dá)到50%或者更高的，再加上熱能轉(zhuǎn)化的回收循環(huán)，最后總的太陽(yáng)能利用效率可達(dá)到55%甚至60%，這幾乎是現(xiàn)有太陽(yáng)能系統(tǒng)效率的3倍。
“這確實(shí)是一次概念上的突破，一種全新的能量轉(zhuǎn)化方法，而非僅僅是新材料或者是細(xì)微的改動(dòng)調(diào)整，”梅洛什表示：“它在如何收獲能源的方式上確實(shí)有著根本性的區(qū)別。”與此同時(shí)，這套設(shè)備的原材料能夠容易獲取，這意味著它的生產(chǎn)成本具備競(jìng)爭(zhēng)力。梅洛什已將這一研究成果發(fā)表在了最新一期的《自然材料》上。
研究者們很重視這套系統(tǒng)的兼容性。起初研究人員采用半導(dǎo)體材料氮化鎵進(jìn)行試驗(yàn)，卻發(fā)現(xiàn)它的發(fā)電效率遠(yuǎn)低于計(jì)算出的數(shù)值，不過(guò)這個(gè)屬于預(yù)測(cè)之中，使用氮化鎵的原因在于它是一種有能力在高溫下堅(jiān)持工作的材料，并且依然能發(fā)生PETE過(guò)程。之后研究者們發(fā)現(xiàn)，采用砷化鎵這種廣泛運(yùn)用在普通家用電器中的半導(dǎo)體材料，PETE的實(shí)際效率足以達(dá)到研究者估算的50%或60%。目前研究人員正在積極尋找其他的有效材料。
PETE系統(tǒng)有一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)，由于是在太陽(yáng)能聚光器中使用，因此實(shí)際設(shè)備需要的半導(dǎo)體材料非常小。“對(duì)每一個(gè)設(shè)備，我們計(jì)算出類(lèi)似一個(gè)6英寸的半導(dǎo)體材料圓盤(pán)就足夠了。”Melosh解釋說(shuō)：“所以同大型的硅制太陽(yáng)能板相比，材料的費(fèi)用對(duì)我們來(lái)說(shuō)根本不是一個(gè)問(wèn)題。”高昂的材料成本可以說(shuō)是限制目前太陽(yáng)能工業(yè)發(fā)展的一個(gè)瓶頸，PETE則能夠大幅降低太陽(yáng)能發(fā)電成本。
研究人員表示，PETE工藝大大增強(qiáng)了太陽(yáng)能發(fā)電的可行性，即使達(dá)不到最佳效率，只要能將轉(zhuǎn)換效率從20%提高到30%，其整體轉(zhuǎn)換效率也將在原有基礎(chǔ)上提高50%，這將大大促進(jìn)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)對(duì)石油業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。據(jù)悉，這項(xiàng)研究得到了斯坦福大學(xué)的全球氣候和能源項(xiàng)目、斯坦福大學(xué)材料能源系統(tǒng)學(xué)會(huì)、美國(guó)能源部以及美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的大力支持。
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