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辐射制冷技术:让热电器件昼夜持续发电!
友绿• 09月30日   来源:   89

导读

据美国物理联合会官网近日报道,日本国立材料研究所(NIMS)的研究人员测试了一个由波长选择的热辐射器组成的热电器件,它采用辐射制冷技术在白天持续地冷却器件,引起温度差异,不分昼夜以及各种天气条件产生恒定的电压。

背景

放置在环境中的传感器长时间在户外经历各种天气条件,而且必须持续为自己供电来采集数据。许多产品,例如光伏电池,使用阳光产生电力,但是夜晚给户外的传感器供电是一个挑战。


有机太阳能电池(图片来源:UNIST)

热电器件使用器件顶部与底部之间的温差产生电力,有望利用自然产生的能量。尽管比光伏电池更高效,但是许多热电器件会翻转它们的电压正负标识,这意味着电流改变了流动方向,当环境温度变化时,电压每天至少有两次会降为零。


热电发电机(图片来源:北卡罗莱纳州立大学)

创新

本周在美国物理联合会(AIP)出版的《应用物理快报(Applied Physics Letters)》杂志发表的论文的作者 Satoshi Ishii 表示:“热电器件的正负标识取决于器件顶部与底部之间的温度差异。冷却可用于创造出一个相对于环境温度的温差,有了温差,才能进行热电发电。”

论文作者们测试了一个由波长选择的热辐射器组成的热电器件,这种热辐射器可以采用辐射制冷技术在白天持续地冷却器件,让热能从器件扩散到空气中。结果,器件的顶部比底部更冷,从而引起温度差异,不分昼夜以及各种天气条件产生恒定的电压。

技术

论文作者将选择性热辐射器与宽带热辐射器相比,展示了选择性热辐射器可以避免环境温度变化期间电压降至零的问题。

下图所示:采用波长选择的热辐射器与宽带热辐射器的热电器件的示意图。该器件采用宽带热辐射器时,会经历一个电压降,因为环境温度发生了变化;而该器件使用选择性热辐射器时,则会保持电压恒定,因为日间进行了辐射冷却。


(图片来源:Satoshi Ishii)

Ishii 表示:“对于选择性热辐射器来说,最好是让大气窗口中的发射率接近统一,大约为8到13微米,这种条件下的大气透射率高,并且热辐射可以有效地发射到空间中,从而冷却器件。”

他们测试的器件是由玻璃基底上的一层100纳米厚的铝薄膜组成。论文作者发现,其他的热源,例如可能会安装传感器的屋顶,可以增强它产生电压的能力。

Ishii 表示:“较大的温差会导致较大的热电电压。采用器件背后的热量,会使得底部和顶部之间的温差更大,所以器件后面的热量对热电发电有益。”

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