Các nhà nghiên cứu đã phát triển một máy phát nhiệt điện mới (TEG) có thể liên tục tạo ra điện bằng cách sử dụng nhiệt từ mặt trời và một phần tử bức xạ giải phóng nhiệt vào không khí. Do hoạt động cả ngày lẫn đêm và trong điều kiện nhiều mây, TEG tự cấp nguồn mới có thể cung cấp nguồn điện đáng tin cậy cho các thiết bị điện tử nhỏ như cảm biến ngoài trời.
Trưởng nhóm nghiên cứu Jing Liu từ Đại học Jimei, Trung Quốc cho biết: “Các nguồn năng lượng truyền thống như pin có dung lượng hạn chế và cần phải thay thế hoặc sạc lại thường xuyên, điều này có thể gây bất tiện và không bền vững”. "Thiết kế TEG mới của chúng tôi có thể cung cấp giải pháp năng lượng bền vững và liên tục cho các thiết bị nhỏ, giải quyết các hạn chế của các nguồn năng lượng truyền thống như pin."
TEG là thiết bị trạng thái rắn sử dụng chênh lệch nhiệt độ để tạo ra điện mà không cần bất kỳ bộ phận chuyển động nào. Trên tạp chí Optics Express , Liu và một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc nhiều tổ chức đã mô tả và chứng minh một TEG mới có thể đồng thời tạo ra nhiệt và lạnh cần thiết để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ đủ lớn để tạo ra điện ngay cả khi không có mặt trời. Nguồn năng lượng thụ động được làm bằng các bộ phận có thể dễ dàng sản xuất.
Liu cho biết : “Thiết kế độc đáo của máy phát nhiệt điện tự cấp nguồn của chúng tôi cho phép nó hoạt động liên tục, bất kể thời tiết. "Với sự phát triển hơn nữa, TEG của chúng tôi có khả năng tác động đến nhiều ứng dụng, từ cảm biến từ xa đến thiết bị điện tử đeo được, thúc đẩy cách tiếp cận bền vững và thân thiện với môi trường hơn để cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta."
Tăng cường hiệu suất TEG
Khi một vật liệu nhiệt điện trải qua một gradient nhiệt độ , các electron sẽ di chuyển từ phần nóng sang phần lạnh, tạo ra dòng điện. Mặc dù tồn tại các TEG dựa trên hiện tượng này, nhưng chúng có xu hướng tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ không ổn định và không tạo ra đủ điện năng hữu ích.
Để giải quyết những hạn chế này, các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại TEG mới. Nó sử dụng một bộ phận gọi là bộ hấp thụ năng lượng mặt trời siêu băng thông rộng (UBSA) để thu ánh sáng mặt trời, làm nóng một bên của máy phát điện. Đồng thời, một thành phần khác được gọi là bộ phát làm mát bức xạ phẳng (RCE) làm mát mặt bên kia bằng cách giải phóng nhiệt. Cả UBSA và RCE đều có thể được áp dụng cho chất nền linh hoạt, chẳng hạn như có thể hữu ích để cung cấp năng lượng cho các thiết bị đeo được.
Do công suất sưởi ấm của UBSA lớn hơn đáng kể so với công suất làm mát của RCE dưới cường độ ánh sáng mặt trời bình thường, nên các nhà nghiên cứu đã đặt RCE trên một UBSA có diện tích lớn hơn. Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào toàn bộ thiết bị, các phần không bị che khuất của UBSA sẽ hấp thụ năng lượng của mặt trời để nóng lên trong khi RCE phía trên bắt đầu nguội đi. Sự kết hợp giữa sưởi ấm và làm mát tạo ra chênh lệch nhiệt độ được chuyển thành điện năng.
Vào ban đêm hoặc những ngày nhiều mây, chênh lệch nhiệt độ giảm đáng kể do không có ánh nắng trực tiếp. Tuy nhiên, vẫn có một số chênh lệch nhiệt độ có thể được tận dụng để tạo ra điện, mặc dù hiệu suất thấp hơn so với ngày nắng.
Phát điện vào ban đêm
Để kiểm tra thiết bị, các nhà nghiên cứu đã tiến hành thí nghiệm ngoài trời với các điều kiện thời tiết khác nhau. Họ đã theo dõi điện áp đầu ra của thiết bị và nhận thấy rằng nó có thể tạo ra điện liên tục cả ngày lẫn đêm và trong điều kiện ban ngày nhiều mây. Thiết bị đạt được điện áp đầu ra cực đại là 166,2 mV trong điều kiện ban ngày quang đãng, đủ để cấp nguồn cho một cảm biến hoặc thiết bị nhỏ. Trong điều kiện ban đêm quang đãng và ban ngày nhiều mây, nó tạo ra 14,7 mV và 95 mV tương ứng.
Thành viên nhóm nghiên cứu Haoyuan Cai cho biết: “Phương pháp sáng tạo của chúng tôi để kết hợp sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời với làm mát bằng bức xạ cho phép TEG tạo ra điện không bị gián đoạn. "Điều này có thể cải thiện khả năng tiếp cận các dịch vụ quan trọng, đặc biệt là ở các vùng sâu vùng xa hoặc kém phát triển, nơi không có nguồn điện truyền thống."
Các nhà nghiên cứu hiện đang làm việc để tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả, độ bền và khả năng mở rộng của thiết bị, đồng thời lên kế hoạch kiểm tra độ ổn định và độ tin cậy lâu dài của thiết bị trong các điều kiện khác nhau. Họ cũng muốn khám phá tiềm năng sản xuất hàng loạt với chi phí hợp lý và cải thiện hiệu suất của thiết bị cũng như khả năng thích ứng với các ứng dụng khác nhau.
