可再生电网：利用热存储回收电力的效率达到 44%可观民生能用

可再生电网：利用热存储回收电力的效率达到 44%

热光伏技术可以回收热电池中储存的更多能量

 

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密歇根大学的研究表明，将热能转化为电能的设备已接近理论上的最大效率，并且越来越接近于在电网中实际使用。

热电池可以在生产高峰时段储存间歇性的可再生能源，然后依靠太阳能电池的热版本将其转化为电能。

密歇根大学化学工程副教授、最近在《焦耳》杂志上发表的研究报告的通讯作者安德烈·莱纳特 (Andrej Lenert) 表示：“随着我们在电网中纳入更多可再生能源以实现脱碳目标，我们需要更低的成本和更长的能源存储时间，因为太阳能和风能产生的能量在使用时并不匹配。”

热光伏电池的工作原理与光伏电池（通常称为太阳能电池）类似。两者都将电磁辐射转化为电能，但热光伏电池使用的是能量较低的红外光子，而不是能量较高的可见光光子。

研究团队报告称，他们的新设备在 1435°C 时的功率转换效率为 44%，处于现有高温储能的目标范围（1200°C-1600°C）内。它超过了之前设计在此温度范围内实现的 37%。

“它是一种电池，但非常被动。你不必像电化学电池那样开采锂，这意味着你不必与电动汽车市场竞争。与用于水力发电储能的抽水不同，你可以把它放在任何地方，不需要附近有水源，”密歇根大学电气工程系 Peter A. Franken 杰出大学教授、这项研究的作者 Stephen Forrest 说。

在热电池中，热光电将包围一块温度至少为 1000°C 的加热材料。它可以通过电阻器传输来自风能或太阳能发电场的电力，或吸收来自太阳热能或钢铁、玻璃或混凝土生产中的多余热量来达到这一温度。

“从本质上讲，相对于锂离子电池，用电加热是一种非常简单且廉价的储能方法。它让你可以使用许多不同的材料作为热电池的存储介质，”莱纳特说。

加热存储材料辐射出具有一系列能量的热光子。在 1435°C 时，其中约 20-30% 的能量足以在该团队的热光伏电池中发电。这项研究的关键是优化捕获光子的半导体材料，以扩大其首选光子能量，同时与热源产生的主要能量保持一致。

但热源也会产生光子，其能量高于或低于半导体可转换成电能的能量。如果不进行精心设计，这些光子就会丢失。

为了解决这个问题，研究人员在热光伏电池中半导体外面建了一层薄薄的空气层，并在空气间隙外增加了一个金反射器——他们称之为空气桥的结构。这个空腔有助于捕获具有适当能量的光子，使它们进入半导体，并将其余的光子送回储热材料，在那里，能量有机会再次以半导体可以捕获的光子形式重新发射。

“与太阳能电池不同，热光伏电池可以回收或再利用无用的光子，”密歇根大学化学工程博士生兼研究第一作者 Bosun Roy-Layinde 说。

最近的一项研究发现，堆叠两座空气桥可以改进设计，既增加了光子转化为电能的范围，也增加了热电池的有用温度范围。

“我们尚未达到该技术的效率极限。我相信在不久的将来，我们的效率将超过 44%，并达到 50%。”福雷斯特说道，他也是保罗·G·戈贝尔工程学教授、电气工程与计算机科学、材料科学与工程和物理学教授。

该团队在密歇根大学创新合作伙伴的帮助下申请了专利保护，并正在寻求合作伙伴将该技术推向市场。