Что, если бы солнечные батареи работали ночью? Это не шутка, считает Джереми Мандей, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Дэвисе. Фактически, специально разработанный фотоэлектрический элемент может генерировать до 50 Вт энергии на квадратный метр в идеальных условиях ночью, что составляет около четверти того, что обычная солнечная панель может генерировать днем, согласно концептуальному документу Мандея и аспиранта Тристана. Деппе. Статья была опубликована и размещена на обложке январского номера журнала ACS Photonics за 2020 год.
Мандей, который недавно присоединился к Калифорнийскому университету в Дэвисе из Университета Мэриленда, разрабатывает прототипы этих ночных солнечных батарей, которые могут генерировать небольшое количество энергии. Исследователи надеются улучшить выходную мощность и эффективность устройств.
Мандей сказал, что этот процесс похож на то, как работает обычный солнечный элемент, но наоборот. Объект, горячий по сравнению с окружающей средой, будет излучать тепло в виде инфракрасного света. Обычный солнечный элемент холоднее солнца, поэтому он поглощает свет.
Космос очень, очень холодный, поэтому, если у вас есть теплый объект и вы направляете его на небо, он будет излучать тепло в его сторону. Люди использовали это явление для ночного охлаждения на протяжении сотен лет. По словам Мандея, за последние пять лет возник большой интерес к устройствам, которые могут делать это в дневное время (отфильтровывая солнечный свет или направляя его в сторону от солнца).
Выработка электроэнергии за счет теплового излучения
Есть еще один тип устройства, называемый термоизлучающей ячейкой, которая вырабатывает энергию, излучая тепло в окружающую среду. Исследователи пытались использовать их для улавливания отработанного тепла двигателей.
"Мы подумали, что если взять одно из этих устройств, поставить его в теплое место и направить в небо", - сказал Мандей.
Эта термоизлучающая ячейка, направленная в ночное небо, будет излучать инфракрасный свет, потому что она теплее, чем космическое пространство.
Обычный солнечный элемент вырабатывает энергию, поглощая солнечный свет, что вызывает появление напряжения на устройстве и протекание тока. В этих новых устройствах вместо этого излучается свет, а ток и напряжение идут в противоположном направлении., но вы все равно генерируете энергию», - сказал Мандей. «Вы должны использовать разные материалы, но физика одна и та же».
Устройство будет работать и днем, если вы предпримете меры, чтобы либо заблокировать прямой солнечный свет, либо направить его в сторону от солнца. Поскольку этот новый тип солнечной батареи потенциально может работать круглосуточно, это интригующий вариант балансировки энергосистемы в течение цикла день-ночь.