將液態矽高溫白熱光轉換成電，「盒中太陽」成新興電網級儲能技術
2018-12-14
雖然鋰離子電池是人們相當熟悉的儲能系統，但由於鋰含量有限，若是要把他們用於電網級儲能設備，這可能就不是最佳選擇，對此，美國麻省理工最近提出新方案「盒中太陽（sun in a box）」，有望以高溫液態矽提供低成本、24 小時不間斷的電力儲存技術。
太陽能與風能為備受歡迎綠能技術，但此類技術為間歇性能源，在無風或是烏雲密布時，風力發電與太陽能廠都無法運作，因此有效儲存多餘電力為解決缺電與電力供過於求之道，其中鋰離子電池雖然為儲能技術領頭羊，但鋰電池的價位還是比較高，無法大規模的裝置並搭配電網。
而麻省理工研發出的設備名為電網級熱能儲存─多接面太陽光電（TEGS-MPV，註），其概念是將再生能源多餘熱量傳送到裝有白熱熔融矽（white-hot molten silicon）的容器，之後再把熔融矽發出來的光轉換成電。
這個概念有點像是熔鹽電池或是聚光式太陽熱發電，只不過團隊將傳統使用的熔鹽汰換成熔融矽，這是因為熔鹽加熱到 538℃ 之後，其會產生強烈的腐蝕性，因此團隊決定採用科技與製造領域的好朋友「矽」，該材料除了可以把加熱溫度提高到 2,200°C，還有望進一步提升設備能量密度。
為了不讓熱量擴散或是腐蝕設備，TEGS-MPV 系統由兩個寬約 10 公尺的石墨儲熱容器組成，其中一個容器主要儲存 1,900°C、溫度相對較低的液態矽，另一個儲存溫度則高達 2,400°C。當設備開始加熱時，液態矽會流過由外部能源加熱的線路，之後再抵達並儲存於另一個石墨容器。
該系統釋放能量的方式也不是傳統的沸水蒸氣與渦輪機，而是把熔融矽發出的光轉換成電。矽在高溫下會產生明亮的白色光，麻省理工科學家則善加利用這些白熱光，運用多接面太陽能板來產生電力，之後再將電力傳送到中央電網，而降溫後的液態矽則能進入下一輪加熱輪迴，變成一顆超大型儲熱電池。
目前麻省理工為了測試熔融矽是否會腐蝕石墨容器，打造出一款迷你 TEGS-MPV 原型設備，實驗測試也相當符合科學家的期待，結果指出當熔融矽加熱到 1,980°C 並持續一個小時後，石墨壁會與熔融矽相互反應形成碳化矽，研究員表示，碳化矽並不會破壞容器內壁，反而能成為一層薄薄的保護膜。
團隊預估 TEGS-MPV 系統可為 10 萬戶家庭供電，且該設計幾乎可以建設在任何地方，理想狀況下也能儲存太陽能與風能等再生能源電力，再加上設備成本也相當低廉、大約是抽水蓄電站的二分之一，有望成為新一代低成本又長壽的電網級儲能技術。目前研究已發表在《Energy and Environmental Science》。
MIT’s conceptual “sun-in-a-box” energy storage system plugs into molten silicon “Sun in a box”would store renewable energy for the grid
註：Thermal Energy Grid Storage-Multi-Junction Photovoltaics，TEGS-MPV，筆者翻譯為電網級熱能儲存-多接面太陽光電。
（本文由 EnergyTrend 授權轉載；首圖來源：麻省理工）
◎資料來源：科技新報
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