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冷却机制增加太阳能收集自供电户外传感器

放置在环境中的传感器在任何天气条件下都要长时间呆在户外,它们必须不断地为自己供电以收集数据。许多太阳能电池,如光伏电池,利用太阳发电,但在夜间为户外传感器供电是一个挑战。

热电装置利用顶部和底部的温差来发电,为利用自然产生的能量提供了一些希望。但是,尽管比光电更有效,许多热电装置的电压符号会翻转,这意味着当环境温度变化时,电流的流动方向会改变,所以电压一天至少两次降至零。

“热电装置的标志取决于装置顶部和底部的温差,”作者石井聪说。“冷却可以用来制造与环境温度相比的温差,如果存在温差,热电产生是可能的。”

在本周发表在《应用物理快报》(Applied Physics Letters)上的一项研究中,作者测试了一种热电装置,该装置由波长选择性发射器组成,白天使用辐射冷却(将热能从装置扩散到空气中)持续冷却该装置。因此,该装置的顶部比底部更冷,造成温差,从而在日夜和各种天气条件下都能产生恒定的电压。

通过对宽带发射极和选择性发射极的比较,表明选择性发射极避免了环境温度变化时电压降至零的问题。

石井说:“对于选择性发射器来说,最好在大气窗口的发射率接近一致,大约在8到13微米之间,在那里大气透过率很高,热发射可以有效地辐射到太空中,从而冷却设备。”

他们测试的装置由玻璃衬底上的100纳米厚的铝薄膜组成。作者发现,其他热源,如安装传感器的屋顶,可以增强其产生电压的能力。

“巨大的温差会导致巨大的热电电压,”石井说。“利用设备背面的热量使底部和顶部之间的温差更大,因此设备背后的热量有利于热电的产生。”

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