熱光伏（TPV）主要通過(guò)光伏效應(yīng)將紅外波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為電能，并且可以實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的方法。研究人員計(jì)劃將這種TPV電池整合到電網(wǎng)規(guī)模的熱電池中。該系統(tǒng)將從太陽(yáng)能等可再生能源中吸收多余的能量，并將這些能量?jī)?chǔ)存在高度絕緣的熱石墨庫(kù)中。當(dāng)需要能量時(shí)（例如陰天時(shí)），TPV電池會(huì)將熱量轉(zhuǎn)化為電能，并將能量分配給電網(wǎng)。
眾所周知，人類(lèi)的大部分電力來(lái)自熱能，即燃燒煤炭或天然氣、核裂變、聚光太陽(yáng)能，這些熱能被用來(lái)燒水及旋轉(zhuǎn)蒸汽渦輪機(jī)，從而生產(chǎn)電力。在過(guò)去的一個(gè)半世紀(jì)中，它作為一種成熟的、優(yōu)化良好的技術(shù)，在世界各地變得無(wú)處不在，它具有已知的優(yōu)勢(shì)和局限性。
其中一個(gè)限制就是效率。雖然一些渦輪機(jī)已經(jīng)成功地將熱源60%的能量轉(zhuǎn)化為電力，但平均渦輪機(jī)的運(yùn)行效率僅為35%。另一個(gè)限制是熱量，蒸汽渦輪機(jī)依賴(lài)于一些須在一定溫度閾值下運(yùn)行的部件。
此次的新設(shè)計(jì)旨在從更高溫度的源頭捕獲更高能量的光子，這要?dú)w功于它使用了更高的帶隙材料和多個(gè)結(jié)。在1900攝氏度和2400攝氏度之間的測(cè)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(fā)表在了著名科學(xué)期刊《自然》（Nature）雜志上。
研究人員寫(xiě)道，“TPV達(dá)到40%的效率是值得注意的，因?yàn)樗F(xiàn)在使TPV成為一種可以與渦輪機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的熱機(jī)技術(shù)。40%的效率已經(jīng)高于美國(guó)基于渦輪機(jī)的熱機(jī)的平均效率，但TPV比渦輪機(jī)更具吸引力的是其成本更低、響應(yīng)時(shí)間更快的潛力、維護(hù)簡(jiǎn)單、易于與外部熱源集成以及燃料靈活性。”
據(jù)了解，這種新型熱機(jī)技術(shù)在“適用于天然氣或氫燃燒”的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，為下一代低排放發(fā)電廠的前景帶來(lái)了希望，這些發(fā)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(xué)院機(jī)械工程系教授、該項(xiàng)目的研究人員之一Asegun Henry說(shuō)：“熱光伏電池是證明熱電池是一個(gè)可行概念的最后關(guān)鍵步驟。這是推廣可再生能源和實(shí)現(xiàn)零碳電網(wǎng)道路上的絕對(duì)關(guān)鍵一步。”
