重大突破！新型熱光伏電池效率可達40%，未來有望實現零碳電網
光伏產業網訊
發布日期：2022-04-22
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重大突破！新型熱光伏電池效率可達40%，未來有望實現零碳電網。
據報道，來自麻省理工學院和美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究團隊已成功開發并展示了一種熱光伏（TPV）電池，它能夠比傳統的蒸汽渦輪機更有效地將熱量轉化為電能，而且成本很低。這對未來的發電站和電網儲能都有巨大的影響。
熱光伏（TPV）主要通過光伏效應將紅外波長的光轉換為電能，并且可以實現能量存儲和轉換的方法。研究人員計劃將這種TPV電池整合到電網規模的熱電池中。該系統將從太陽能等可再生能源中吸收多余的能量，并將這些能量儲存在高度絕緣的熱石墨庫中。當需要能量時（例如陰天時），TPV電池會將熱量轉化為電能，并將能量分配給電網。
眾所周知，人類的大部分電力來自熱能，即燃燒煤炭或天然氣、核裂變、聚光太陽能，這些熱能被用來燒水及旋轉蒸汽渦輪機，從而生產電力。在過去的一個半世紀中，它作為一種成熟的、優化良好的技術，在世界各地變得無處不在，它具有已知的優勢和局限性。
其中一個限制就是效率。雖然一些渦輪機已經成功地將熱源60%的能量轉化為電力，但平均渦輪機的運行效率僅為35%。另一個限制是熱量，蒸汽渦輪機依賴于一些須在一定溫度閾值下運行的部件。
此次的新設計旨在從更高溫度的源頭捕獲更高能量的光子，這要歸功于它使用了更高的帶隙材料和多個結。在1900攝氏度和2400攝氏度之間的測試中，新的TPV電池保持了約40%的效率。早期的TPV電池平均效率約為20%，此前效率最高的記錄為32%。
上述研究成果已于近期發表在了著名科學期刊《自然》（Nature）雜志上。
研究人員寫道，“TPV達到40%的效率是值得注意的，因為它現在使TPV成為一種可以與渦輪機競爭的熱機技術。40%的效率已經高于美國基于渦輪機的熱機的平均效率，但TPV比渦輪機更具吸引力的是其成本更低、響應時間更快的潛力、維護簡單、易于與外部熱源集成以及燃料靈活性。”
據了解，這種新型熱機技術在“適用于天然氣或氫燃燒”的溫度范圍內運行，為下一代低排放發電廠的前景帶來了希望，這些發電廠能夠以更低的成本從燃燒源中提取更多的電力。在綠色氫的例子中，這樣的工廠可以不排放碳。
麻省理工學院機械工程系教授、該項目的研究人員之一Asegun Henry說：“熱光伏電池是證明熱電池是一個可行概念的最后關鍵步驟。這是推廣可再生能源和實現零碳電網道路上的絕對關鍵一步。”