科学家开发出“反向太阳能电池”：黑暗中也能持续发电 使用寿命更长

加利福尼亚的科学家们开发了一种“反向太阳能电池”设备，该设备可以利用夜间从地面流入太空的能量为家用电器等供电。这项技术可以填补仅在白天工作的太阳能电池板所留下的空白。

（图文无关）

普通太阳能电池板的一个问题是，它们仅在阳光普照的白天才发电，因此夜晚就成为了产生能源的“空窗期”。在这段大致占据一天中三分之一的漫长时间里，如果用电池来替上，成本之高显而易见。对于那些生活中偏远地区或无法负担额外电池费用的发展中国家的人们来说，这成为了一大问题。

科学家们研发出的这种成本极低的新型方案，实际上是通过从黑暗中捕获能量，然后像太阳能电池板那样工作。他们利用太阳和地球之间的温差来创造可用的能量。

该研究今年9月发表在同行评审的《焦耳》（Joule）杂志上。

利用热量散失到夜空

加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学的研究人员利用了称为辐射冷却（radiative cooling）的原理。该原理可以应用在晚上，主要是因为地球将热量辐射到白天吸收的空间中。这个过程实际上可能导致地面变得比空气更冷，这就是当气温仍然高于冰点时，夜晚在草地上形成霜冻的方式。因为暴露于夜空的物体与用来发电的空气之间存在温差，它就发挥作用了。

这一概念背后的技术非常简单，预估只要花费约30美元。他们制作的热电模块由一个类似于鞋盒大小的聚苯乙烯泡沫塑料盒组成。它被铝材料覆盖，外部漆成黑色的金属盘面朝上，内部是铝块——用来充当“热发射器”。但是，关键组件是将磁盘和块耦合的商用热电发电机。

（上图为热电发电机的示意图，该发电机利用温度差来产生可再生电力，而无需主动输入热量。 图源：Joule杂志）

热量从地面入空气，通过盒子底部的一个小铝块进入圆盘，然后将热量向上辐射到空气中。

热电发电机或热电偶是固态设备，当热量从一侧传递到另一侧时会发电。它们的应用范围很广，从小型温度传感器到通过烟囱中产生的废热产生动力的设备，再到由体热产生电能的设备都涵盖在内。

该技术也已用于日光太暗而无法提供足够功率的深空探测器。它们是放射性同位素热电发生器（RTG）中的关键组件。RTG使用一小块放射性物质来产生热量，这些热量会由热电材料转化为电能。这些设备为机器人提供了动力，例如火星上的“好奇号”漫游车，前往土星的卡西尼号飞行任务以及双子航海家号，它们将运行数十年，探索太阳系的外围。

目前还只能点亮LED灯泡

热源是什么都没有关系，并且产生电流不需要很大的温差。

泡沫盒设备放在加利福尼亚州斯坦福市的屋顶上。在12月的晴朗夜晚，持续了六个多小时，空气和黑色金属之间的温度差仅为几度。这产生了0.8毫瓦的峰值功率，这只是一天中同等尺寸的太阳能电池板可产生的电能的很小一部分。但这足以点亮LED灯泡，并证明了可以从黑暗中产生光的概念。

科学家们说，通过改进和扩大规模，大型设备可以以完全无源的方式为夜间照明，或为电子设备充电提供足够的清洁电力。研究人员声称，在更高的绝缘和更干燥的气候条件下，他们将能够使每平方米磁盘的功率达到0.5瓦。

热力电能不能满足我们所有的夜间能源需求，但是它们可以在发展中国家和边远地区提供低成本的清洁能源。而且它们的寿命不受电池的限制。

另一方面，早期测试表明该设备每平方米只产生了微小的64纳瓦功率。相比之下，太阳能电池板的平均功率要比这高出十亿倍，因此这一研究实际上还有很长的路要走。

该项目表明，地球上产生清洁能源的手段还有很大探索空间。甚至在晚上，能量也以多种形式存在于我们周围。我们只需要创新的方法来捕获它。