刘慈欣的短篇小说《中国太阳》里,对太阳能量的利用进行了一个有趣的设想。其实,让地球成为宜居星球的这个恒星,人类早就知道它蕴藏着巨大的能量。
这个近乎完美的球体,给了我们光、热和能源,孕育地球上的生命。在尝到了化石燃料带来的甜头和苦果后,人类愈发努力地开发清洁能源,然而,太阳这个「宝库」散发出的能量却很难储存。
2017 年,瑞典 Chalmers 理工大学的一个研究团队,开发了一种可以储存太阳能的系统,称为 MOST 系统(分子太阳能热能储存系统,MOlecular Solar Therma)。之后他们又与上海交通大学等数所高校的研究人员合作,详细说明了这个系统如何与紧凑型热电发电机结合起来,将太阳能转化为电能。由王志航、吴振华、胡志宇等撰写的相关研究文章已刊登在刊物《Cell Reports Physical Science》上。
分子太阳能热能存储系统是一个基于特殊设计的由碳、氢和氮分子的封闭式能源系统,当被阳光照射时,它们的形状会变成一种富含能量的异构体:一种由相同原子组成的分子,但以不同的方式排列在一起。
通过这样方式,就可以将异构体以液体形式储存,供以后需要时使用,例如在晚上或冬天太阳无法照射时。这个可将太阳能作为化学能存储的系统,研究人员现在已经改进到可以将能量存储长达 18 年。
若要使用储存的能量,需要一种特殊设计的催化剂,将节省的能量以热量的形式释放出来,同时将分子恢复到原来的形状。这样它就可以在加热系统中重复使用,结合微米级的热电发电机,就能在接收不到太阳辐射时使用太阳能。
研究团队也进行了相关的实验:在瑞典的研究人员将他们专门设计的装载太阳能的分子发送给上海交通大学的同事。在那里,能量被释放,并使用他们在那里开发的发电机转化为电能。
也就是说,瑞典的阳光在中国转化为电能。
由此可见,使用这个液态系统储存太阳能不仅可行,且有广阔前景。研究员之一的王志航表示:发电机是一种超薄芯片,可以将该系统集成到智能手表和耳机等电子产品中。
太阳能的主要问题之一是存储。太阳能电池可以作为一种短期解决方案,但在长期存储或为整个城市供电时则不然。下面介绍几种如何将阳光储存起来的技术。
1、储存在油井里的太能能
总部位于加利福尼亚的 Hyperlight Energy 将进行试点安装,他们计划将现有油井用作太阳能热井,并在需要时将储存的能量转换回清洁电力。
2、白天将太阳能储存到空气和水中,晚上拿出来用
在一个离红海不远,叫做基布茨耶赫尔(Kibbutz Yahel)的小社区,居民们已经开始使用一种新技术,可以便宜的储存太阳能,并在夜间发电。运作原理如下:白天,太阳能电池板产生的多余能量驱动着一个系统,在这个系统中,水被用来凝结地下水箱中的空气。日落后,空气被释放,为涡轮机提供动力并发电。其他集体农场正在等待并观察这一方案是否有效,好用那就也跟着用。
3、将太阳能储存在硫内
德国宇航中心(DLR)正在通过Pegasus项目,研究一种新型的聚光太阳能热发电技术,将太阳能储存在硫内。这种技术作为一个自包含的循环运行,但其实际优势在于其他地方:它不仅在没有任何温室气体排放的情况下产生电力,而且可以帮助化学品行业和农业的脱碳。
4、用热电池存储太阳能
麻省理工学院(MIT)和国家可再生能源实验室的一个团队开发了一种热电池,可以像钨丝一样发光,有效地储存风能和太阳能,这项技术实现了热光伏(TPV)效率的近30%的跳跃,这种半导体结构可以将热源发出的光子转化为电能,就像太阳能电池将太阳光转化为电能一样。