Это гораздо менее эффективно, чем фотоэлектрические, но работает круглосуточно.
Переход от современного мира к тому, где возобновляемая энергия доминирует в нашей энергетической экономике, потребует дополнительных технологий. Они могут включать в себя хранение, улучшенное управление сеткой и управление энергопотреблением по требованию, но они также могут включать в себя что-то совершенно новое. Недавно в газете была рассмотрена технология, о которой я даже не подозревал.
В статье оценивается потенциал того, что его авторы называют «ночной фотоэлектрической энергией», и самый простой способ думать об этом – «запускать солнечные панели в обратном направлении»: генерировать электричество, излучая энергию в космос. Эффективность не похожа на стандартную фотогальванику и не может быть достигнута, за исключением необычных обстоятельств. Но, как следует из названия, он может продолжать вырабатывать энергию даже после захода Солнца.
Фотовольтаика ночью
Самый простой способ понять эту технологию – подумать о фотоэлектрическом устройстве, находящемся в равновесии с окружающей средой. Здесь, входящие фотоны будут время от времени освобождать электрон, оставляя позади положительно заряженную дыру. Затем они могут объединиться, излучая фотон обратно из устройства. При работе в качестве фотоэлектрического устройства поступает большой избыток фотонов, производя соответствующий избыток электронов и дырок, которые затем можно собирать в качестве электричества.
Теперь представьте себе создание обратной ситуации: входящих фотонов нет, и вместо этого мы гарантируем, что избыток фотонов излучается в виде инфракрасного излучения. Теперь будет образовываться избыток электронов и дырок, и они снова могут быть собраны. За исключением этого случая, нам не нужно никакого входящего света – вместо этого нам нужно что-то, чтобы гарантировать, что фотоны извлекаются из устройства с высокой эффективностью.
Это последнее требование – это то, над чем работали исследователи в, казалось бы, не связанной области исследований. Есть «окно» инфракрасных длин волн, которые не поглощаются никакими газами в атмосфере. Тщательно разработанный материал может поглощать излучение на различных длинах волн, но излучать его обратно только на длинах волн, которые проходят через это атмосферное окно. Люди строят устройства, которые работают таким образом, как средство пассивного охлаждения зданий, и даже существуют способы обработки древесины, чтобы она работала таким образом.
Потенциально, связывая фотогальванический материал, который испускает фотоны, которые сопоставляются с пассивно излучающим устройством, можно построить «термоизлучающую ячейку», которая может извлекать некоторое количество электричества, излучая фотоны в космос. В тех случаях, когда существует большая потребность в охлаждении или большое количество отработанного тепла, это может быть дополнительным преимуществом для охлаждения, которое необходимо сделать в любом случае. Но может ли это на самом деле работать любым практическим способом?
Запуск чисел
Это то, что Тристан Деппе и Джереми Мандей решили выяснить. Их статья анализирует все, от полупроводниковых запрещенных зон, необходимых для этого, до длин волн, обычно присутствующих в атмосфере.
Атмосфера является проблемой, потому что ни один материал не является полностью прозрачным для всех длин волн света, которые обычно присутствуют в нашей атмосфере. Это означает, что все используемые материалы – один излучающий инфракрасное излучение, а другой генерирующий запасные электроны – будут поглощать некоторые рассеянные фотоны, что снижает общую эффективность устройства. Пропускная способность является проблемой, потому что инфракрасные длины волн, необходимые для этого, являются относительно низкоэнергетическими, поэтому им требуется намного меньшая запрещенная зона, чем кремний, используемый в большинстве фотоэлектрических элементов. Исследователи предполагают, что семейство соединений ртуть-кадмий-теллур, по-видимому, обладает правильными свойствами.
Для всех своих первоначальных расчетов Деппе и Мандей предполагают, что Земля будет обеспечивать постоянный источник тепла в 27 ° C (около 80 ° F) для управления системой. В этих условиях они оценивают, что эти системы, построенные с использованием современных технологий, могут производить где-то около двух-восьми ватт на квадратный метр, при этом значение немного меняется в зависимости от сезона и местоположения.
По сравнению с фотоэлектрической панелью, которая обычно достигает 200 Вт / метр, это довольно жалко. Но это потенциально может генерировать 24 часа в сутки.
Ячейка может производить примерно такое же количество ватт / метр, что и солнечная батарея. Хотя эта температура горячая – она намного выше точки кипения воды – она находится в пределах диапазона, который можно считать отходящим теплом для промышленных установок и парогенераторов. И если это связано с такими вещами, как геотермальные или солнечно-тепловые установки, это обеспечит способ извлечения большего количества энергии из существующих возобновляемых ресурсов.
Пока все это чисто гипотетически; многие цифры в статье взяты из идеализированных ситуаций, и мы понятия не имеем, насколько близки те, которые мы можем получить в реальном мире, или как дешево можно было бы изготовить эти устройства. Но идея заключается в умном расширении существующих технологий, которые могут потенциально интегрироваться с различными существующими системами.
