儲存太陽熱能不再需要大鏡面,科學家研發規模可大可小高彈性設備

發佈日期: 2019 年 11 月 29 日 10:17 | 作者: | 分類: 產業資訊

通常說到太陽儲熱系統,可能腦袋第一個想到的會是中央轟立著熱熔鹽塔的龐大鏡子陣列,而現在有科學家研發出規模大小由之、放哪都適合,商業與住家都能使用,且 24 小時都運作的太陽能儲熱系統。

目前太陽能使用主要分為光電和光熱兩大部分,其中太陽光電就是台灣較為常見的一片片藍色太陽能板,太陽光熱系統則是用透過一面面鏡子將陽光反射在同一點上,產生超過上千度的高溫後再加以儲存起來。

不過太陽熱能系統由於需要聚集夠多的熱量,得占用大面積的土地來放置鏡片,前置成本相當昂貴,應用僅侷限在公用事業專案,對此,美國休士頓大學已經研發出商業與家用都可使用的熱儲能系統,且使用範圍非常廣泛。

美國休士頓大學團隊認為,他們研發的太陽能儲熱系統不僅能用在發電,也對蒸餾、脫鹽等海水淡化大有益處,他們透過局部相變材料(Phase Change Material,PCM)與分子儲能材料(molecular storage material,MSM),成功捕獲並加以儲存太陽熱能。

日出日落自然事、也不會天天都是晴朗好天氣,因此要如何穩穩鎖住太陽熱能相當重要,其中 PCM 可隨溫度變化改變物理性質,並在轉換過程中吸收與釋放能量,日常生活中的石蠟便是一例,科學家則可根據不同溫度範圍、不同儲熱容量等因素,選擇合適的材料。

(Source:休士頓大學

科學家同時也使用降冰片二烯(norbornadiene)-四環庚烷(quadricyclane)有機化合物做為分子儲熱系統,將太陽能量以分子形式儲存起來,需要使用時再透過光讓原子鍵重新排列,從化合物降冰片二烯轉變成四環庚烷,轉變過程中就會釋放出大量熱量,其除了具有極佳的熱量釋放與比能,也能降低管線使用、避免熱量因時間流逝、管線輸送而散失。

使用 PCM 與 MSM 可大幅提高研究的彈性,休士頓大學機械工程教授 Hadi Ghasemi 指出,可以利用不同的材料與排列組合,用相同概念、不同材料來提高儲存溫度與效率。

同時這兩種材料之間也用矽氣凝膠區隔以維持溫度,休士頓大學團隊指出,新型太陽能儲熱系統 24 小時都能運作,小型設備的運作效率為 73%,更大的太陽能儲熱設備捕熱效率高達 90%。

研究人員更指出,該設備能夠捕獲全部光譜的陽光,可立即使用、多餘的熱量則會轉化為分子能量儲存。就算是夜晚時分,也能回收高達 80% 熱量,日間回收率甚至更高。團隊指出,新型太陽儲熱系統在白天時段能儲存超過攝氏 120 度,夜間時分或是陰雨天時,就能將能量轉換成分子形式,需要使用時再轉換成能量較高的分子。

雖然目前新太陽熱能技術還尚未跨越實驗室階段,但已經有許多科學家與新創公司看好太陽熱能商機,各種新奇百怪的設備如雨後春筍般冒出,或許未來太陽儲熱系統將不再只限於公用事業範圍。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Flickr/Dyniss Rainer CC BY 2.0)

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