從黑暗中產生電光源的反向太陽能電池

大多數太陽能電池板通過一種稱為光伏效應的原理——即光照在某些材料上會產生電流的物理過程，從太陽中產生電能。然而，美國加州大學洛杉磯分校和斯坦福大學的科學家發明了一種新型“反向太陽能電池”，可利用夜間地球輻射的熱量產生電光源，在黑暗中發電，彌補太陽能的限制。輻射冷卻的概念為當夜晚天空涼爽時，地面比空氣暖和，物體將熱量輻射到大氣中，從而使地面溫度低于環境空氣。利用此概念，科學家開發了反向太陽能電池這種耗能極低的被動冷卻系統，利用溫度交換將其轉換為電能。研究人員指出，地球上有13億人缺乏可靠的電力供應，雖然有太陽能電池，但借助太陽能電池板進行電池存儲的方式成本很高，而這種夜間發電的“反向太陽能電池”有助于為全世界的離網地區提供可靠的能源。

科學家從一個可將溫差轉換為電能的商用熱電模塊著手研究。他們將其一面固定在一個直徑為20 cm、涂有一層商用黑色油漆的鋁制圓盤上，然后把它放在一個覆蓋聚酯薄膜的塑料附件上，并使用透明蓋子遮蓋。被遮蓋的一面朝向天空向天空輻射熱量，使其溫度低于周圍空氣溫度。另一面為未加涂層的直徑為20 cm的鋁盤，該面通過周圍空氣進行加熱，使其溫度與周圍空氣一致。涂漆的圓盤則充當輻射發射器，當熱量從地球表面輻射到空氣中時，熱量通過熱電模塊進入圓盤，之后圓盤將熱量向上輻射。白天，“反向太陽能電池”吸收太陽光，利用太陽傳遞到圓盤的熱量及散發到外部環境的熱量進行發電，到了夜間，兩個盤面就會產生幾攝氏度的溫差。

研究人員選擇了一個無云的晚上，對“反向太陽能電池”進行了測試。雖然天空輻射冷卻產生的能量比太陽能電池直接從太陽獲取的能量很少，每m2僅產生25毫瓦的電量，但足以在晚上點亮一個LED燈泡，也能供其它小型電子設備使用，如電量大約為1毫瓦的助聽器，或耗電量大約為5毫瓦的激光筆。在地中海或沙漠等干燥、溫暖的氣候條件下效率更高，每m2鋁制圓盤能產生0.5 W的電量。這款概念驗證設備采用現成的低成本商品組件制造，總成本不到30美元，易大規模生產。

有關的研究人員表示，為了讓地球保持大致恒定的溫度，來自太陽的能量須與地球熱輻射出去的熱量相當，這意味著可供“反向太陽能電池”使用的能量非常大，雖然該裝置效率不高，即使在極限狀態下運行也無法與太陽能相提并論，但它的壽命只受熱電模塊壽命的限制，與電池壽命無關。而熱電模塊的壽命與太陽能電池板相比可延長一個數量級，且適用范圍更廣，提供了在夜間太陽能電池板無法工作時的全新發電方法。

目前，“反向太陽能電池”僅是一個概念的驗證，未來在采用更好的保溫材料、增加散熱器面積或加強頂板周圍保溫性等更理想的條件下，發電量將進一步提升。“反向太陽能電池”的改善型版本很可能在未來的某一天為一個家庭提供連續照明，為手機充電、或為偏遠地區及資源匱乏地區的電子設備供電。