黑夜中的反太陽(yáng)能裝置

太陽(yáng)的光線(xiàn)出現(xiàn)在生活中的每一個(gè)地方，人們的生活已經(jīng)離不開(kāi)太陽(yáng)，太陽(yáng)能不僅為植物生長(zhǎng)提供光源，而且也能為人類(lèi)提供能源，現(xiàn)在的光伏發(fā)電就是很大程度上利用了太陽(yáng)能。近年來(lái)，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(lèi)的威脅正越來(lái)越大。2018年年底，政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)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?xún)?nèi)(與工業(yè)化前水平相比)，我們必須確保碳排放在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(lèi)對(duì)抗氣候變暖也廣受爭(zhēng)議。人們爭(zhēng)論的核心問(wèn)題源于風(fēng)能和太陽(yáng)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”。輻射冷卻：“反太陽(yáng)能”裝置誕生然而，清潔能源技術(shù)的新突破可能會(huì)帶來(lái)希望。美國(guó)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(yáng)能”裝置，能夠彌補(bǔ)太陽(yáng)能的限制，在黑暗中發(fā)電，為人類(lèi)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(kāi)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(pán)上，該圓盤(pán)上涂有一層商用黑色油漆。然后研究人員把它放在一個(gè)覆蓋聚酯薄膜的塑料附件上，并使用透明蓋子遮蓋。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?chē)諝?。該裝置的另一面則由未加涂層的20厘米鋁盤(pán)制成，這一面通過(guò)周?chē)諝膺M(jìn)行加熱，使其溫度與周?chē)諝庖恢隆?/p>

到了夜間，兩個(gè)盤(pán)面就會(huì)產(chǎn)生幾攝氏度的溫差。涂漆的圓盤(pán)充當(dāng)?shù)氖禽椛浒l(fā)射器，當(dāng)熱量從地球表面輻射到空氣中，會(huì)通過(guò)熱電模塊進(jìn)入圓盤(pán)，之后圓盤(pán)就會(huì)將熱量向上輻射。白天的時(shí)候，該設(shè)備可以反向工作來(lái)吸收陽(yáng)光，利用太陽(yáng)傳遞到圓盤(pán)的熱量以及散發(fā)到外部環(huán)境的熱量進(jìn)行發(fā)電。在2018年12月一個(gè)無(wú)云的晚上，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(shuō)，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。其它小型電子設(shè)備也完全夠用，比如說(shuō)電量大約為1毫瓦的助聽(tīng)器，或耗電量大約為5毫瓦的激光筆。新技術(shù)的優(yōu)與劣研究人員說(shuō)，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(lái)，這種設(shè)備需要進(jìn)一步的工程改進(jìn)，比如說(shuō)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?；蛏衬畾夂虻雀稍?、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(lái)自太陽(yáng)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(yáng)能電池”使用的能量非常龐大。該研究的合著者、加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程助理教授阿斯沃斯·拉曼(Aaswath Raman)稱(chēng)，這種裝置的效率不高，即使在極限狀態(tài)下運(yùn)行也無(wú)法與太陽(yáng)能相提并論，或許只有不到太陽(yáng)能的百分之一。但是它成本很低，壽命比電池長(zhǎng)，且與太陽(yáng)能相比，適用范圍更廣。當(dāng)然，它也為人類(lèi)提供了一種在太陽(yáng)能電池板失效時(shí)的全新發(fā)電方法。

從概念驗(yàn)證到實(shí)際使用這項(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(yáng)能電池，但這些人群還需要夜間照明，而借助太陽(yáng)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)。但目前來(lái)說(shuō)，這只是一個(gè)概念的驗(yàn)證。研究人員認(rèn)為，在提升保溫性等更理想的條件下，該裝置的發(fā)電量會(huì)提升。借助更大的圓盤(pán)，這種裝置或許能夠?yàn)橐粋€(gè)家庭提供連續(xù)照明。這種夜間發(fā)電裝置的改善型版本很可能在未來(lái)的某一天，很可能為房間點(diǎn)亮電燈、為你的手機(jī)充電，或者為偏遠(yuǎn)地區(qū)以及資源匱乏地區(qū)的其它電子設(shè)備供電。如此一來(lái)，這些地區(qū)在夜間太陽(yáng)能電池板無(wú)法工作時(shí)就能夠正常供電。

也許有一天這項(xiàng)新技術(shù)將為你的手機(jī)供電。接下來(lái)，研究人員計(jì)劃對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)，比如說(shuō)加強(qiáng)頂板周?chē)谋匦缘?。這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)的潛在應(yīng)用是無(wú)限的。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(yáng)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。相信再過(guò)幾年到幾十年，當(dāng)人類(lèi)利用太陽(yáng)能的技術(shù)很成熟的時(shí)候，這樣就有了無(wú)窮盡的能源供給社會(huì)的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。