能源

发明:能源

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    Eicke Weber,*1949,物理学家、太阳能专家

    “人类将利用可再生能源生存下去,否则将灭亡。”



    我们如何才能在利用能源的同时,不污染环境、影响气候?如何满足日益增长的需求?德国将太阳能、风能、生物质能等可再生能源作为未来的出路。Fraunhofer研究所以Eicke Weber为首的一批研究人员在太阳能电池效率方面创造了多项世界纪录。

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© Fraunhofer

创新能源组合

当天然气、石油、煤炭用完时,全世界的灯是否会熄灭?全球各地的供电公司仍然主要使用化石原料,不过利用可再生能源也能够保障供电。Fraunhofer研究所研究人员与多家工业企业联合进行了模型试验,演示了具体的做法:

多台分别使用太阳能、风力和沼气的小型发电机通过互联网连接,构成一个虚拟的组合发电厂。一个中央控制系统可防止没有太阳或不起风时出现供电瓶颈。此外,它还能将多余的电能储存起来,在需要时重新输入到电网上。


许多可再生能源共同构成一个虚拟的组合发电厂

    明日之光

    用发光的壁纸、图片和柔性箔代替白炽灯泡或闪烁的霓虹灯管——有机发光二极管(简称OLED)的用途几乎无穷无尽。例如,现在它就用于移动电话和MP3播放器的显示屏上。OLED由极其薄的半导体塑料层组成,需要的电能较少,生产成本要比普通发光二极管低。甚至可以用它来制作曲面屏。

    但是,OLED的使用寿命仍然较短。德累斯顿、波茨坦和美因茨的研究人员正在研究如何使OLED寿命更持久、更坚固、更闪亮。

    视频“OLED——小分子做的灯”


    有机发光二极管(OLED)的用途几乎无穷无尽
      © Fraunhofer

      将阳光聚集到一点上

      2014年夏,Fraunhofer太阳能系统研究所的研究人员创造了一项世界纪录:他们研制的太阳能模块效率达到了36.7%!

      这个所谓的聚光器模块由可将阳光聚集成束的透镜和位于下方的高效太阳能电池组成。这些四结太阳能电池由可吸收阳光中的不同波长的多个半导体层构成,因此与传统的多晶硅太阳能电池相比,可利用更广泛的太阳光谱。


      聚光器模块可高效利用阳光

      生产用于聚光器模块的四结太阳能电池
        © picture alliance / Keystone

        发电原理

        为所有人提供能源?这在150年前是想都不敢想的事情。因为如果要远距离传输能量,就必须将其转化为电流。为此需要一台发电机。当时,许多研究人员在实验时所用的装置,是通过使电导体在磁场中转动,将动能转化为电能。

        但直到1866年,工程师Werner von Siemens才取得了突破性成功。他发明的发电机采用“自励”原理工作:它不需要从外部输入初始电流,而是利用电磁铁内的剩余磁性。这足以感应出一开始较为微弱的电压,由此产生电流,使磁性进一步增强。这样一来,机器的重量减少了85%,价格也降低了75%。这台发电机为大范围供电创造了基础,而它只是帮助Siemens集团打下天下江山的众多创意中的一项。


        只要是将机械能转化为电能的地方,就需要用到发电机——包括现代发电厂

        20世纪二十年代,瓦尔辛湖发电厂向巴伐利亚全境供电。该厂如今仍在运转中
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          最佳利用风力

          一台风力发电机能够获得多少能量?早在1919年,流体研究员Albert Betz就计算出,风力转化为可用能的比例不可能超过59%。为了尽可能接近这个值,这位哥廷根科学家在风洞中研究了各式各样的风叶形状。早在20世纪三十年代,他就与Kurt Bilau一起研制出了用于风力发电机的最佳风叶。


          在房屋附近不仅要有较高的效率,发电机还必须保持安静

          现代风力发电机通过优化风叶形状而达到较高效率