連續飛行多天、又可自發電的無人機?用太陽能熱光電電池或可實現

發佈日期: 2019 年 07 月 31 日 9:48 | 作者: | 分類: 產業資訊

目前市面大多無人機的續航力不超過 30 分鐘,為了讓無人機飛得更高、看得更遠,用太陽能自發電是否可行?最近美國科學家研發全新的太陽能熱光電池,或許可以讓無人機連續飛好幾天都不成問題。

這種神奇的電池為太陽能熱光電電池(thermophotovoltaics,STPV),雖然名字跟太陽能電池相像,但不管是在運作方法、結構,或是成本都不一樣。

STPV 是由吸收層(absorber)、發射層(emitter)及最下方的太陽能電池組成。其中吸收層由奈米碳管組成,希望可以像黑體(blackbody)吸收所有的太陽能光,而吸收層在吸收陽光後,溫度會逐漸攀升到超越 1,000°C 的超高溫,最後再傳遞到由矽或是稀土構成的放射層。這些放射層能精準控制電磁波特性,發射出特定波長讓最下方的太陽能電池吸收,並將任何不想要的波長反射回來。

正被石墨發光棒加熱的 STPV。

美國加州大學柏克萊分校團隊相當看好 STPV 的應用,電機工程系教授 Eli Yablonovitch 表示,STPV 結構精巧、效率又高,適用於各種地方,小至 100W 的無人機,大到 100MW、足夠為 36,000 戶住家供電的大型電池都可行。

而實驗中,團隊比較著重在放射層,團隊多年前的研究指出,提高 STPV 效率的祕方並不是讓吸收層吸收更多光,而是如何讓發射層發散出更多光子,因此他們不斷嘗試在太陽能電池背面裝設反射鏡,盼望能再提高轉換效率。

這種方法其實跟鈍化射極與背面太陽能電池有點相像,就以 PERC 技術來說,利用在電池背面形成鈍化層,當作背反射器增加長波光吸收,同時將 PN 極之間的電壓最大化,降低電子複合,進而提升轉換效率。

Yablonovitch 表示,反射鏡可以在太陽能電池內產生紅外發光光子氣體,進而提高電壓。團隊實驗也指出,反射鏡能利用光子氣體重新加熱,再次產生高能光子並提升發電量,大幅提高 STPV 效率。

目前團隊也製作出簡易的金製鏡子並將熱光電效率提高至 29%,覆塗一層電介質層(dielectric layer)後,效率則能進一步增加至 36%,團隊則指出,光是提高反射率就能有如此表現,若是能改良太陽能電池一番,或許能將光熱效率提高到 50%。

團隊指出,在此次研究之前,熱光電效率 15 年來就僅維持在 23%,因此團隊研究可說是一大進展,除此之外,STPV 也是種受看好的輕型替代能源,有望讓無人機連續飛行好幾天、幫助深太空探測器維持運作幾世紀,或是以小小的信封大小,提供住戶電力。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:加州大學柏克萊分校

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