[2011.12.31] 太阳能——建造一个更好的阳光圈

2012-1-4 21:31| 发布者: Somers| 查看: 9212| 评论: 3|原作者: 王紫珊

摘要: 一个新奇的方法也许可以帮助提高太阳能利用效率

太阳能

建造一个更好的阳光圈

一个新奇的方法也许可以帮助提高太阳能利用效率

063 Science and technology - Solar power.mp3

Dec 31st 2011 | from the print edition

要从阳光中直接转化获得电力，可以使用一个硒电池。或者你可以使用阳光的热量烧水，然后用烧水获得的水蒸气来驱动涡轮。这两种是现有的科技。但是，理论上，还有第三种方法：直接使用这些热能而不用蒸汽或者涡轮。这种方法，不像标准的太阳能电池（只对一些特定频率的光线敏感），可以将几乎所有入射的能量转化。甚至，不像烧水的方法，不需要复杂的机械装置。一旦设立，这个系统仅仅需要很少的照料即可运行。

可惜，这种把阳光转化成热能进而转化成电能的装置，在接触直射未凝聚的太阳光后，不会带来比沸水更高的温度。原理是即使在比这个高的多的温度，根据热力学原理指示，热量吸收的速度要比释放的快的多。这个原理被证明是可疑的，因为这样的直接转化需要达到700度的高温才能达到完全效率，并且必须使用极为昂贵的抛物线型的镜子来把这些入射光集中。

美国马萨诸塞理工大学的彼得.伯梅尔及其同事认为他们已经找到了解决这一难题的办法。就像他们在纳米研究快报上发表的，他们发明了一种可以不需要镜子集中光线就可以集中热能的办法。不夸张的说，是个阳光圈。

伯梅尔博士提议的陷阱是经过复杂处理的一片薄薄的金属钨（一种隔热金属）。面对太阳的一面被只能用显微镜观察的坑洼覆盖。另外一面，是一种由铟镓砷化物材料制成的特别的电池，被雕塑成一种光子晶体结构，使之选择性的以最易被电池吸收的频率发散红外线辐射。这两种表面都可以用生产计算机集成块的照相平版印刷法创造。

这些凹陷，直径是一个微米的四分之三，三个微米深，按照五分之四个微米距离分格，形成阳光的陷阱。当这个装置排列好，那些凹陷都直接面对阳光，大部分的涉入辐射会集中到凹陷底部。在此，都被钨吸收了。根据热电学需求原理，被迅速的再辐射。

热辐射来自一个个凹陷内部，然而，极有可能阳光在逃离至外部世界之前就遭遇到凹陷的外壁。如果是这样，整个吸收和阳光再辐射的过程就会继续循环。结果就是钨凹陷变的比一片平面金属可以承受的最高温还热。

把这种高温转化成电能，就是用电子晶体直接把高温导向太阳能电池。这是一个规律的集合模式在钨表面蚀刻。目的是增强红外线以一定频率发散并且抑制他们内部发散。

方法就是通过调整这个模式的细节来协调这些晶体，使得尽量多的发散能量按照铟镓砷化物能获得的最有效的频率发散。这个获得太阳能的过程能够让电子在材料内部释放并且产生电流。

根据伯梅尔博士的计算，这一系列反应的结果可以把37％的阳光转化成电能。对比未经显微镜集中入射阳光的，目前最高效率能转化28％的标准硅基太阳能电池，31％的比率是一个极为显著的进步。下一步，当然是试验这个理论是否能实际运用，不过伯梅尔博士似乎对他的计算非常有信心。

钨材料大都用在制造白炽灯丝。这已经过时了，因为电能通过钨传递大部分转化成热能而不是光能。这非常讽刺，把这个过程回推可能不仅仅使钨金属获得新生，可能更能解决世界上缺乏新兴可再生能源的问题。

全文来自《经济学人》杂志

感谢译者 柳刀儿 点击此处阅读双语版