是否有更有效的方法來聚集太陽能創造出能源?

  將熱量增加一百萬倍,您就會理解太陽能熱電廠的概念:在一個巨大的鏡子的區域裡,將太陽光聚焦在充滿水,空氣或其他載熱流體的黑色金屬室上。聚集的太陽光被室壁吸收,然後通過流體傳導,使其變得非常熱。這個概念可以用於許多地方,包括在化工廠中作為反應器來使用或在大型發電廠中將太陽光轉化為電能。

  然而,到目前為止,太陽能熱電廠的產量令人失望。這其實類似於茶壺的效果:在製作茶水時,最熱的地方在於火焰與水壺外壁相遇的地方。但在廚房運行良好的效果,對於大規模應用,如太陽能熱電廠,卻是一大問題,因為大約一半的太陽能會損失到環境中而不是變成可用的能源。

  史丹佛大學機械工程助理教授阿里·馬尼正在進行電腦模擬,以測試有哪些聚集太陽光作為熱源更有效方法。取代聚集太陽光到黑色空間裡,他在他的實驗室模擬,如果將聚集的光照在一個透明的空間或是茶壺上,以此進行類比,會發生什麼事。理論上,穿過透明空間的光子會與內部的流體分子產生碰撞,從內部加熱流體,同時能量損失明顯減少。

  多年前美國能源部的研究人員就曾說明過的這種透視設計會有屬於它自己的挑戰。因為工作流體 – 在這種情況下是空氣 – 通常與空間的外部一樣透明,所以許多光子在沒有熱交換碰撞的情況下穿過系統。

  為了增加近距離接觸熱能的可能性,Mani和他的團隊已經模擬了不同的方法,使空氣變得灰暗,更具吸熱性。在他們的電腦計算的模型中,他們測試了各種策略,來將小固體顆粒散射通過此空間,藉此在空氣柱內提供吸收點。實際上,它們將舊的黑色空間室壁打破成數百萬個小塊,並將它們放在實際上進行熱傳遞空氣分子的旁邊。

  這些微小的顆粒很難控制。好比被一縷陽光照射的塵埃,在看似無法預測的模式中旋轉。在Mani的流體力學領域,這種混亂運動被稱為湍流。他的團隊正在建立電腦模型,以便有一天操縱加熱室內的湍流,使整個系統在提取熱量時更加高效。

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