@ 2018.11.17 , 11:00

打破能源问题中的“第22条军规”困境

全球的能源状况正面临“第22条军规”一样的困境:随着世界变得越来越热,人们不得不使用空调;如果人们使用空调,世界就会变得越来越热。

看起来似乎无法冲出这种令人沮丧,毫无赢面的黯淡前景,但是现在有了一道希望的曙光:美国和中国的科学家开发出了一项新技术,可以照亮眼前的黑暗——光线射向的不仅是黑暗,而是冷酷空虚无穷无尽的宇宙。

斯坦福大学的研究人员发明了一种新型的太阳能电池板技术,它不仅可以收集来自太阳的光线并将其转化为电能(就像正经的电池板),同时还可以将多余的热量传输到太空。

“我们建造了世界上第一台能够同时发电和制冷的设备,它能转化两种不同特性的光线。”电气工程教授范汕洄(Shanhui Fan)说。

范所说的原理被称为辐射冷却,世界上的物体——任何物体,包括建筑物,甚至你自己的身体——都在无时无刻地以红外光的形式发出热量。

通过热辐射降温,似乎是解决全球均温升高问题的一剂良药,但这里有一个问题:辐射出来的热量仍然停留在大气层中。

“大气层就像是包裹住地球的大毯子”,研究人员之一,曾就职于斯坦福大学、现任中国东南大学教授的陈振对媒体介绍说,“毯子阻挡了热量从地球传播到寒冷的宇宙中。但是如果你继续以这种方式思考下去的话,那么只要在毯子上弄出一个'洞',热量就可以散射到外太空。”

研究人员开发的原型设备是将辐射冷却装置与传统太阳能电池板相结合的开创之举,他们创造了一种在吸收太阳光的同时,向太空发射红外光线的混合技术。

该装置由传统的太阳能吸收器阵列组成,大小与光盘大小相当(如果你还记得啥是光盘),它位于类似圆形的辐射冷却器上方,由真空封闭的氮化硅,硅和铝层制成。

设计思路是,太阳能电池板对红外线来说是透明的,因为虽然太阳能电池板应该吸收太阳的大部分光线,但是红外线(波长在8到13微米之间)能够穿过它并射向太空——只要它能够对准大气层中的'洞'。

在测试中,该设备——基于2014年和2015年团队早期的辐射制冷设计——成功地验证了相关的概念,记录的底层(辐射冷却器)温度低于环境温度和太阳能电池板的温度。

打破能源问题中的“第22条军规”困境
(Chen et al/Joule)

“这表明它实现了制冷。”陈在一份声明中解释道,尽管离商业应有还有一段距离。

作为原型机,它在发电方面实际上并不理想,这是研究人员要解决的下一个问题:开发出有效率的太阳能电池,其元件不会阻挡住冷却装置发射出的红外线。

一旦克服了技术障碍,天空就不再是极限。

“众所周知,太阳能是一种完美的能源,可以满足人类的全部需求。”陈说。“更妙的是,大自然同时为人类提供了外太空作为完美的散热器。”

研究结果刊发在学术期刊《焦耳》上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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