Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Forskere designer effektivt billigt system til at producere strøm om natten

Forskere har designet et off-grid, billig modulær energikilde, der bruger strålekøling til effektivt at producere strøm til belysning om natten. Kredit:Lingling Fan og Wei Li, Stanford University

Forskere har designet et off-grid, billig modulær energikilde, der effektivt kan producere strøm om natten. Systemet anvender kommercielt tilgængelig teknologi og kan i sidste ende hjælpe med at imødekomme behovet for natbelysning i byområder eller levere belysning i udviklingslande.

Selvom solenergi giver mange fordele, dets anvendelse afhænger meget af fordelingen af ​​sollys, som kan begrænses mange steder og er fuldstændig utilgængelig om natten. Systemer, der lagrer energi produceret i løbet af dagen, er typisk dyre, dermed øge omkostningerne ved at bruge solenergi.

For at finde et billigere alternativ, forskere ledet af Shanhui Fan fra Stanford University kiggede på strålende køling. Denne tilgang anvender temperaturforskellen som følge af varme absorberet fra den omgivende luft og den strålende køleeffekt af koldt rum til at generere elektricitet.

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Optik Express , forskerne demonstrerer teoretisk set en optimeret radiativ kølingstilgang, der kan generere 2,2 Watt per kvadratmeter med en tagterrasse, der ikke kræver et batteri eller ekstern energi. Dette er cirka 120 gange den mængde energi, der er blevet demonstreret eksperimentelt, og nok til at drive modulære sensorer, f.eks. Sensorer, der bruges i sikkerheds- eller miljøapplikationer.

"Vi arbejder på at udvikle højtydende, bæredygtig belysning, der kan give alle - også dem i udviklings- og landdistrikter - adgang til pålidelige og bæredygtige billige belysningsenergikilder, "sagde Lingling Fan, første forfatter til papiret. "En modulær energikilde kan også drive off-grid sensorer, der bruges i en række forskellige applikationer, og bruges til at konvertere spildvarme fra biler til brugbar strøm."

Maksimering af elproduktion

En af de mest effektive måder at generere elektricitet ved hjælp af strålingskøling er at bruge en termoelektrisk kraftgenerator. Disse enheder bruger termoelektriske materialer til at generere strøm ved at konvertere temperaturforskellene mellem en varmekilde og enhedens kølige side, eller strålende køler, til en elektrisk spænding.

I det nye værk, forskerne optimerede hvert trin i termoelektrisk elproduktion for at maksimere natgenergiproduktion fra en enhed, der ville blive brugt på et tag. De forbedrede energihøstningen, så mere varme strømmer ind i systemet fra den omgivende luft og inkorporerer nye kommercielt tilgængelige termoelektriske materialer, der forbedrer, hvor godt den energi bruges af enheden. De beregnede også, at en termoelektrisk generator, der dækker en kvadratmeter af taget, kunne opnå den bedste afvejning mellem varmetab og termoelektrisk konvertering.

"En af de vigtigste innovationer var at designe en selektiv emitter, der er fastgjort til den kølige side af enheden, "sagde Wei Li, medlem af forskergruppen. "Dette optimerer den strålende køleproces, så kraftgeneratoren mere effektivt kan slippe af med overdreven varme."

Forskerne demonstrerede den nye tilgang ved at bruge computermodellering til at simulere et system med realistiske fysiske parametre. Modellerne gengav tidligere eksperimentelle resultater trofast og afslørede, at det optimerede system designet af forskerne kunne komme tæt på det, der er blevet beregnet som den maksimale effektivitet ved hjælp af termoelektrisk konvertering.

Udover at udføre forsøg, forskerne undersøger også optimale designs til drift af systemet i løbet af dagen, ud over natten, som kunne udvide systemets praktiske anvendelser.


Varme artikler