混合装置实现了24/7的能量收集和储存

混合装置实现了24/7的能量收集和储存

Hybrid device achieves 24/7 energy harvesting and storage

休斯顿大学的研究人员设计了一种能有效捕捉太阳能并将其储存起来供物联网（IoT）和工业物联网应用程序使用的设备。与使用光伏技术直接发电的太阳能电池板和太阳能电池不同，这种混合装置利用分子能量的物理特性和潜热的积累，使能量的收集和储存成为一个24/7的过程，解决了目前太阳能产品的一个主要缺点。

研究人员利用降冰片二烯四环烷（NBD–QC）作为分子存储材料（MSM），一种具有高比能和延长存储时间的有机化合物，通过硅胶从局部相变材料（L-PCM）中分离，以保持必要的工作温度差。

储存太阳能的常用方法是在小型和大型装置中使用与光伏系统相结合的电池。需要储存的不仅仅是电：能量转换的一个同样有用的方面是捕捉和储存太阳能热能的能力。然而，这个目标并不是那么容易实现的，尤其是如果你需要一个能够长期保温的系统。

近年来，这一挑战催生了一条新的研究路线，致力于创造按需太阳能存储。这些系统的关键点仍然是效率。休斯顿研究人员的发展将推动热电池行业的决定性变革。

有效地收集和储存太阳能热能对于开发到达地球表面的丰富的太阳辐射至关重要。今天的系统使用昂贵的高光学浓度材料，这会导致高热量损失。

新设备基于一种混合模式，利用白天的热定位，在小范围内提供73%的收集效率，在大范围内提供90%的收集效率。特别是，研究人员在12月出版的《焦耳》杂志上发表的一篇论文称，在夜间，混合动力系统储存的能量以80%的效率被回收，温度也比白天更高，这使它与其他最先进的系统有了区别。

传统的硅光伏系统被认为是一种成熟的技术，正在接近其理论性能极限，尽管仍在不断地改进。目前，人们对双面板很感兴趣，它不仅从太阳吸收能量，还间接从反照率（岩石、沥青或其他表面反射的光）中获取能量。

然而，太阳能和风能等可再生能源长期存在的一个缺点是间歇性的，这就要求使用电池安全、经济地储存所产生的电能，以便在需要时使用。休斯顿大学的研究人员说，他们的方法可以消除大规模采用太阳能的障碍，使太阳能能够在所有季节和所有天气条件下全天候使用（图1和图2）。

Figure 1: Chemical structure of the University of Houston researchers’ hybrid system (Source: “ Full Spectrum Solar Thermal Energy Harvesting and Storage by a Molecular and Phase-Change Hybrid Material,” Joul e, Vol. 3, Issue 12)

图1：休斯顿大学研究人员混合系统的化学结构（来源：“分子和相变混合材料的全光谱太阳能收集和储存”，Joul e，第3卷，第12期）。

图2：新系统示意图（来源：“分子和相变混合材料的全光谱太阳能收集和储存”，Joul e，第3卷，第12期）

该大学机械工程系比尔·D·库克副教授、该论文的通讯作者哈迪·加塞米（Hadi Ghasemi）说：“之所以能获得高效率的收获，部分原因在于该装置能够捕捉全光谱的阳光，将其收集起来立即使用，并将多余的能量转化为分子储能。”。

集成系统还减少了热损失，因为不需要通过长管道输送储存的能量。

鉴于为实现能源安全和应对气候变化而出现的其他发展，以低成本和高效率储存太阳能的技术是一个关键的重点。

例如，人工智能可以调节和优化智能电网应用中的流量，以补偿太阳能和风能的间歇性，并最大限度地减少对热电厂电网不平衡的补偿需求。