新型太阳能混合设备全天候供电不中断

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研究人员开发出新的太阳能整合系统，能以低损耗采集并储存太阳能，并因应大规模与小规模等应用提供24/7的全天候供电…

美国休斯顿大学(University of Houston)的研究人员开发出新的太阳能储热设备，能够有效地捕捉太阳能并加以储存，落实于物联网(IoT)和工业IoT (IIoT)等应用。相较于使用光伏技术直接发电的太阳能电池板和太阳能电池，这种混合设备主要利用分子能的物理原理以及累积潜热，让能量的采集和储存成为24/7全天候供电的不间断过程，突破目前太阳能产品的限制。研究人员们合成该设备的方式是使用一种具有高比能和延长储存时间的有机化合物——降冰片二烯四氢环烷(NBD-QC)，他们将这种化合物作为分子储存材料(MSM)，并以硅气凝胶使其隔离局部相变材料(L-PCM)，以维持必要的操作温度差异。
储存太阳能的常见方法是搭配使用电池与光伏系统，以便于小规模和大规模的安装。但在进行能量转换时，不只是电力需要加以储存，捕捉并储存太阳热能的能力也同样重要。然而，这个目标并没那么容易实现，尤其是当您需要的是一个可以长时间保持热量的系统。近年来，这一挑战激发了一条新的研究路线，带动研究人员致力于按需(on-demand)太阳能储存的开发。但这一类系统的关键点仍然是效率。因此，休斯敦大学研究人员开发的新设备可望有助于推动热电池领域的决定性变化。
有效地采集并储存太阳能热能对于善加利用到达地球表面的大量阳光辐射至关重要。当今的系统使用的材料较昂贵，而且由于具有较高的光集中度，因而导致很高的热损耗。根据休斯敦大学研究人员发表于最新一期《焦耳》(Joule)的论文，该新设备的基础在于一种使用白天热积聚的混合模式，不仅能够小规模地提供73%的收集效率，大规模应用时也能提供约90%的收集效率。尤其是在夜间，这种混合系统储存的能量能够以80%的效率以及比白天更高的温度进行回收，使其有别于其他的先进系统。
经典的硅光伏系统被认为是一项成熟的技术，尽管仍在不断改善中，但已开始接近其理论性能极限。目前，人们对于这种双面的太阳能板十分感兴趣，因为它不仅能从阳光中提取能量，而且还能从反射率间接取得能量——该反射率是指由岩石、沥青或其他表面反射的光。然而，针对太阳能和风能等可再生资源，长久以来的缺点之一就在于其间歇性，因而这都需要使用电池，才能安全且经济地储存所产生的电能，以备需要时使用。休斯顿大学的研究人员说，他们的方法可以在四季和各种天气情况下实现24/7全天候不间断的太阳能使用，从而消除大规模使用太阳能的障碍(图1和2)。

                               
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图1：休斯顿大学研究人员开发的混合系统及其化学结构。
（来源：《Joule》）

                               
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图2：新型太阳能混合系统示意图。
（来源：《Joule》）
该研究论文的通讯作者、同时也是该校机械工程教授Hadi Ghasemi表示：“实现高效率的能量采集一部份取决于设备捕获阳光频谱的能力，它可在采集后立即使用，并将多余的能量转换为分子能量储存。”此外，由于热量并不需要透过长管线进行传输与储存，该整合系统还有助于减少热耗损。鉴于实现能源安全和因应气候变迁的其他发展浮出台面，以低成本和高效率储存太阳能的技术至关重要。
例如，人工智能(AI)可以调节并优化智能电网应用的流量，以补偿太阳能和风能的间歇性，并且最大限度地减少热电厂中补偿电网不平衡的必要性

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