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美科学家发明新太阳能技术,太阳光利用效率突破50%

普渡大学的研究者们创造了一个全新的系统,它混合了现有三种太阳能技术,分别是 PV、热电技术(TE)和聚光太阳能技术,将太阳光利用效率提升至 50%。

如今,太阳能技术已取得突飞猛进的发展,薄膜太阳能发电效率已高达 31%,聚光太阳能技术也已日渐成熟。然而,现有太阳能技术也有其技术瓶颈,发电效率始终在 30% 左右徘徊,但这种局面即将为新的技术所打破。日前,美国普渡大学的研究者们通过将现有多种太阳能技术混搭,构建一个混合系统,将太阳光利用效率提升至 50%。

技术混搭

通过技术混搭,普渡大学的研究者们创造了一个全新的概念,它混合了现有三种太阳能技术,分别是 PV、热电技术(TE)和聚光太阳能技术。当然,该系统并不是简单地将三种技术累加在一起,而是充分利用太阳光谱,构建了一个完整有序的系统。

首先,PV 太阳能电池板能将可见光与紫外线等高能光子转化为电能,提供系统约 20% 的电能。如采用薄膜太阳能电池板,发电效率会提升至 31%。

同时,研究者们采用一种全新设计的「选择性的太阳能吸收器和反射镜」热电装置,能将太阳光热低能光子转化为电能,生成约 5% 的电能;与此同时,该热电装置通过使用镜组聚光,将热量收集并进行存储,驱动蒸汽涡轮,生成约占本系统 25% 的电能。

普渡大学电子和计算机工程学院的助理教授 Peter Bermel 向第四能源记者表示,「这种做法集成了现有的几种使用太阳能的方法,通过使用混合系统,能全光谱利用太阳光线,从而提高太阳能发电效率。」

系统优势

该系统通过利用光谱分裂的优点,提高太阳光利用效率,降低发电成本,并能显著提高电网兼容性。理想状况下,这套系统能在现有条件下利用太阳光效率超过 50%,而单靠 PV 系统,效率最多只有 31%。

这套系统的关键在热电装置,它主要发挥两种重要作用:一、热电装置在反射可见光的同时,吸收近红外的光子,从而提高太阳光照的利用率;二、热电装置不断提高储热温度,在日落之后,蓄热器的高温能保证涡轮机运转发电。

Bermel 向笔者进一步解释,「这是一种选择性的系统,能充分利用太阳光谱,蓄热器能为生产电能提供更高的灵活性,整套系统在日落之后仍然能持续发电几个小时。」所以,整套系统能满足全天不同时段的用电需求。

研究进展

目前,该项研究工作已得到美国能源部和美国国家科学基金的支持。然而,整套系统仍处于理论设计阶段,为验证其可行性,研究者们还需做进一步实验分析。

谈及未来,Bermel 显得信心满满,「这种混合系统无疑是可行的,理论上,我们已知道应该做什么,但目前还需通过更多实验,去验证各个部分及整套系统的运转情况。」

该项研究的论文,已发表在 8 月 15 日的《能源环境科学》杂志的网络平台上;该系统的演示视频,也已在 YouTube 视频网站同步上线。

**本文作者张龙华,文章首发第四能源(微信号:FourthEnergy),转载请与头条号作者取得联系。

图片来自网络。


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