网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

ECM:太阳能反射器协同辐射冷却实现24小时热电发电

0
分享至

以上是广告


论文信息:Yongsik Ham, Hwanhee Oh, Junbo Jung, Geun Tak Yuk, Jinsung Rho, Joong Bae Kim. Enhanced thermoelectric power generation via angle-independent solar reflector with super black coating and radiative cooling for 24-hour energy harvesting. Energy Conversion and Management 351 (2026) 120953.

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2025.120953


研究背景

化石燃料依赖与环境危机催生了太阳能、地热、风能等可再生能源技术的广泛部署,但地理约束、时间间歇性与储能高成本仍是根本瓶颈。热电发电机(TEG)基于塞贝克效应直接将热能转为电能,只要维持稳定温差即可昼夜连续发电,在工业余热、汽车废热与太阳能利用中备受关注。然而,传统太阳能驱动TEG仅在白天工作;将辐射冷却(RC)与TEG结合虽可实现24小时被动运行,但常规RC-TEG系统的TEG温差通常不足3°C,输出功率极低。引入抛物面反射器聚焦阳光可显著提升白天温差,但抛物面仅在入射角近乎垂直时保持聚焦,需每15分钟手动重调或配备主动跟踪系统,增加了功耗与系统复杂度。本文提出角度无关的混合型太阳能反射器,结合辐射冷却与超级黑色涂层,实现免跟踪、24小时连续被动发电。


研究内容

热输入上限确定:以商用Bi₂Te₃基TEG 200°C耐温上限为约束,通过稳态热分析(边界含辐射冷却器40 W/m²冷却功率)确定:超级黑色涂层最大允许热输入为27.5 W,作为反射器设计核心准则。


图1。太阳能驱动RC-TEG系统的工作原理和详细组件。


图2。(a)热分析模拟模型和边界条件。(b)TEG顶部和底部侧面温度的模拟结果。

混合反射器设计:采用东西向圆形截面+南北向抛物面截面的混合几何,实现免跟踪宽角聚光:光线追踪显示其有效聚光角度覆盖2°–178°(共176°),传统抛物面仅在76°–104°(28°)有效;12小时日照可收集760 kJ太阳能,是抛物面的6倍,完全满足热输入要求。


图3。(a)所提出的太阳反射器的几何形状。(b)光线追踪分析模型。(c)根据入射阳光角度的聚光性能比较。

功能涂层制备:辐射冷却器为TiO₂微粒/PDMS复合结构,喷涂于铝基,实现太阳反射率90%、8–13 μm大气窗口发射率95%;超级黑涂层通过热CVD在阳极氧化铝上生长碳纳米纤维,太阳吸收率达99.4%;底部贴PE膜抑制对流。理论昼/夜冷却功率分别为45.8、141 W/m²,耐久性测试光学变化<1%。


图4.(a)辐射冷却器的制造方法。(b)超黑涂层的制造方法。(c)辐射冷却器和超黑涂层的光谱反射率、吸收率和发射率特性。

动态热仿真框架:建立考虑辐射冷却器温度依赖性的迭代仿真:以环境温度初估冷却功率→热分析提取冷却面温度→更新冷却功率至收敛(容差0.1°C),解决传统模型忽略受热态下对流项反转、低估RC性能的问题。


图5。(a)发电量预测方法的过程。(b)考虑加热条件下钢筋混凝土冷却功率的流程图。

1/4尺度户外验证:韩国天安屋顶24小时测试(固定倾角57°)显示:夜间平均温差0.2°C;白天峰值温差14.4°C(12:30)、平均9.3°C,对应峰值功率密度21 W/m²、日均10.7 W/m²,实现完全被动连续发电。


图6.(a)室外实验装置示意图。(b)考虑太阳高度角的太阳能反射器安装方法 (). (c)24小时测量的TEG顶面、TEG底面、环境空气的温度以及由此产生的温差(°C)。(d)24小时测量的输出电压(mV)和相应的功率密度(W/m2)。

模型可靠性校验:以实测辐照度驱动仿真,白天预测温差12.2°C与实测13.2°C误差仅1°C;夜间因未考虑超级黑自身辐射冷却略有高估,整体可支撑全尺寸预测。


图7.(a)室外实验获得的环境温度和直接法向辐照度。(b)辐射冷却器的初始冷却功率(W/m2)和入射在超黑涂层上的集中太阳能功率(W)。(c)实验和模拟结果之间的温差比较。

全球气候适用性:五类气候区全尺寸仿真显示:干旱区(如澳大利亚)年发电达215 kWh/m²,白天平均温差>25°C、峰值32.1°C;极地仅40 kWh/m²;性能为已报道RC-TEG系统的10倍以上,中东、北非等阳光带最具落地潜力。


图8.各种气候条件下的性能预测结果(a)五个代表性气候区域的地理位置(b)白天平均温差(°C)。(c)夜间平均温差(°C)。(d)月发电量(千瓦时/平方米)。(e)年发电量(千瓦时/平方米)。


结论与展望

本工作开发了集成广角独立混合反射器的太阳能驱动RC-TEG系统:通过东西向圆形+南北向抛物面的混合设计,实现免跟踪、宽角度(176°)连续聚光,日均太阳能集中度达抛物面的6倍;制备的辐射冷却器(R_solar=90%, ε_atm=95%)与超级黑色涂层(A_solar=99.4%)分别提供高效冷却与吸收;基于温度依赖冷却性能的迭代热仿真模型准确预测系统行为。1/4尺度户外实验验证:白天平均功率密度10.7 W/m²(峰值21 W/m²),24小时连续被动发电。全尺寸全球气候仿真确认年发电量40.7–215 kWh/m²,中东、北非等阳光带地区最具应用潜力。

后续方向:① 优化超级黑色涂层的大气窗口低发射率设计,或引入IR阻挡玻璃罩,抑制夜间底部辐射冷却损失,进一步提升夜间温差与发电量;② 考虑大气湿度对辐射冷却性能的影响,完善高湿气候区的预测精度;③ 推动全尺寸样机实地部署,验证长期户外可靠性与工程化潜力;④ 探索与物联网传感器节点、偏远地区离网供电等场景的集成应用。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
美媒:若中国高超武器保持发展势头,美国将不得不考虑与中国谈判

美媒:若中国高超武器保持发展势头,美国将不得不考虑与中国谈判

顾蔡卫
2026-09-06 07:17:30
替补7分钟4分2板2助1断,正负值+13

替补7分钟4分2板2助1断,正负值+13

赛场速报局
2026-09-08 03:32:52
比亚迪、理想、长安等超50家企业预祝小米新车上市成功,雷军向所有品牌表达感谢

比亚迪、理想、长安等超50家企业预祝小米新车上市成功,雷军向所有品牌表达感谢

极目新闻
2026-09-06 22:14:04
30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

30万斤堆积如山,树上6万斤无人问津,低价卖不动,农民满心无奈

三农雷哥
2026-09-05 12:16:13
海风:中美战区司令会晤释放的信号,台湾要听懂

海风:中美战区司令会晤释放的信号,台湾要听懂

环球网资讯
2026-09-07 00:15:11
快讯!蔡正元传来新消息!

快讯!蔡正元传来新消息!

故事终将光明磊落
2026-09-07 10:00:10
“我都不敢跟这种小孩说话”,21w学费男孩火了,眼神暗示了人生高度

“我都不敢跟这种小孩说话”,21w学费男孩火了,眼神暗示了人生高度

熙熙说教
2026-09-04 13:36:10
风光散尽!前首富黄光裕近况曝光,隐居广州豪宅静养

风光散尽!前首富黄光裕近况曝光,隐居广州豪宅静养

静若梨花
2026-08-16 10:37:49
发文又火速撤回!星宇股份问责风波舆论再升级,公众质疑被免职的“人力资源总监”为临时兼任,所谓免职更像文字游戏

发文又火速撤回!星宇股份问责风波舆论再升级,公众质疑被免职的“人力资源总监”为临时兼任,所谓免职更像文字游戏

火山詩话
2026-09-07 15:58:39
各银行发愁了越来越多储户主动把大额存款分散到多家不同商业银行

各银行发愁了越来越多储户主动把大额存款分散到多家不同商业银行

三农老历
2026-09-08 02:27:23
太可怕了!以色列传来大消息!

太可怕了!以色列传来大消息!

故事终将光明磊落
2026-09-05 10:56:19
意媒:意甲薪资总额超12亿欧,国米1.458亿略高于尤文排名第1

意媒:意甲薪资总额超12亿欧,国米1.458亿略高于尤文排名第1

懂球帝
2026-09-08 00:13:12
记者暗访东莞扫黄始末:500元色情服务,还能开发票!

记者暗访东莞扫黄始末:500元色情服务,还能开发票!

樱桃小丸子1987
2026-07-28 20:35:03
孙割被割:1.9亿刀,仅退款、小作文惹毛川普

孙割被割:1.9亿刀,仅退款、小作文惹毛川普

小小河
2026-08-31 16:27:29
武汉大学权色风波升级,女教授社死,教育厅介入,付某退路没了!

武汉大学权色风波升级,女教授社死,教育厅介入,付某退路没了!

叨唠
2026-09-06 05:45:14
深圳楼市,打响“金九第一枪”!

深圳楼市,打响“金九第一枪”!

博闻财经
2026-09-07 09:51:03
这些“啼笑皆非”的穿帮镜头,如今个个成了经典,你都看过哪些?

这些“啼笑皆非”的穿帮镜头,如今个个成了经典,你都看过哪些?

莹莹的历史说
2026-09-06 04:36:27
伊朗最高领袖在以色列使馆旁的两套伦敦公寓,如今挂牌出售

伊朗最高领袖在以色列使馆旁的两套伦敦公寓,如今挂牌出售

桂系007
2026-09-06 20:47:05
郑钦文输球那一刻,她脸上的表情比平时任何一场比赛都要沉重。

郑钦文输球那一刻,她脸上的表情比平时任何一场比赛都要沉重。

耿耿有态度
2026-05-27 13:10:37
日本专家曾发警告:高市铁了心要与中国开战,或再次发动侵略战争

日本专家曾发警告:高市铁了心要与中国开战,或再次发动侵略战争

赫逗足球解说
2026-09-06 07:31:25
2026-09-08 03:59:00
热质纳能 incentive-icons
热质纳能
传热、传质、纳米、能源
2957文章数 78关注度
往期回顾 全部

科技要闻

小米澎程N90 Max定价26.99万元

头条要闻

伊朗试验特殊武器爆炸场面如同地狱 美军舰直接跑了

头条要闻

伊朗试验特殊武器爆炸场面如同地狱 美军舰直接跑了

体育要闻

压哨避开CBA选秀规则?NBL香港金牛队已为男篮国手王俊杰报备合同

娱乐要闻

热搜第一,演员李沐宸致歉

财经要闻

证监会原副主席王建军一审被判无期徒刑

汽车要闻

智能可变大空间SUV 小米澎程系列车型上市 20.99万起

态度原创

本地
游戏
时尚
艺术
教育

本地新闻

扒完小作文,富豪们私藏的度假胜地有多绝

鸣潮费大劲捏出来的清冷师尊,咋就变成了哦齁剑仙?

内娱女星,纷纷“去父留子”

艺术要闻

太罕见!苏轼这幅字流落民间900年,险些被当废纸卖掉……

教育要闻

老师真的太卑微了!家长就因为排座位,冲进教室质问:你是不是收了别的家长钱?凭什么我家孩子就只能坐角落!

无障碍浏览 进入关怀版