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熱電池系統的效率創(chuàng )下電網(wǎng)規模儲能的最高紀錄

來(lái)源:  發(fā)布時(shí)間:2024年05月30日 作者:

一種新型熱電池設計的功率轉換效率達到了創(chuàng )紀錄的 44%。這種熱光伏電池是利用可再生能源實(shí)現可持續電網(wǎng)規模能源存儲的重要一步。


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隨著(zhù)可再生能源價(jià)格的快速下降,現在的障礙在于它們的間歇性--任何可再生能源懷疑論者都會(huì )向我們拋出的第一個(gè)問(wèn)題是:"但晚上或沒(méi)有風(fēng)的時(shí)候怎么辦?"

一個(gè)叫做"電池"的東西可以在這方面提供幫助,電網(wǎng)規模的儲能系統并不缺乏,它們可以為雨天(字面意義上的)節約能源。這包括鋰離子電池等經(jīng)典產(chǎn)品的升級,也包括鐵-空氣、鹽水、液流電池或各種基于重力的系統等更具實(shí)驗性的設計。

最有前途的途徑之一是將能量?jì)Υ鏋闊崮?。介質(zhì)本身可以很廣泛,如沙子、熔鹽、火山灰、碳塊、粘土磚等,但不幸的是,從熱量中獲取能量并將其轉化為電能可能是最棘手的部分。

這就是新系統的用武之地。該設備由國外某大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā),其工作原理是熱光電效應。它類(lèi)似于太陽(yáng)能電池,后者是光生伏打,通過(guò)光(光子)產(chǎn)生電(伏特)。熱光電效應顯然會(huì )在其中加入熱量(thermo)。實(shí)際上,這意味著(zhù)它們吸收的是光譜中紅外線(xiàn)部分的光子,而不是太陽(yáng)能電池捕捉的高能可見(jiàn)光光子。

這種新型熱光電池在測試中使用碳化硅作為蓄熱材料,但也可以換成其他任何有效的材料。碳化硅的周?chē)幸环N由銦、鎵和砷制成的半導體材料,這種材料經(jīng)過(guò)精心設計,可以捕捉到最廣泛的光子,特別是由加熱材料產(chǎn)生的光子。

當研究小組將這種材料加熱到1435 °C(2615 °F)時(shí),它開(kāi)始輻射出不同能量水平的熱光子,其中20%到30%的光子能被半導體捕獲。為了利用其中一些能量較高或較低的光子,該電池在半導體之后有一層薄薄的空氣層,然后是金反射層。這樣,一些光子會(huì )被彈回半導體,轉換成電能,而另一些光子則會(huì )被彈回蓄熱材料,使它們有機會(huì )作為合適的光子被發(fā)射出來(lái)。


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這種設計使總功率轉換效率達到44%。這使得它比其他在相同溫度下工作的設計效率要高得多,其他設計的最高效率為37%。其他設計的效率也曾超過(guò)40%,但它們的工作溫度要高得多,在很多情況下都不太可行。

其原理是利用風(fēng)能或太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)產(chǎn)生的電能,或直接吸收工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程或太陽(yáng)能熱能系統產(chǎn)生的多余熱量來(lái)加熱存儲材料。它的效率可能只有鋰離子電池的一半,但它的安全性更高,制造和運行成本更低,這意味著(zhù)無(wú)論如何,扔掉一半的電力仍然是劃算的,尤其是電力不再是有限的資源。研究小組表示,這種技術(shù)還有一定的發(fā)展空間。

這項研究的特約作者說(shuō):"我們還沒(méi)有達到這項技術(shù)的效率極限。我相信,在不遠的將來(lái),我們的效率將超過(guò)44%,并突破50%。"




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