環保百科
2014年5月

智能化能源運用

人類對能源的需求不斷增長,加上全球氣候變化的影響日益嚴重,開發潔淨的可再生能源來代替化石燃料,遂成爲當務之急。從陽光取得能源,就是其中一種最受歡迎、且能獲取潔淨和可持續能源的方法。

中大工程學院院長帶領新研究

香港中文大學工程學院院長汪正平教授正率領來自中文大學、香港科技大學及香港理工大學的研究人員,鑽研最有效收集和分配太陽能的方法。名為「智能化太陽能技術:採集、存儲和應用」的研究計劃,與香港特別行政區及研究資助局的可持續發展綱要一脈相通,旨在開發多種新科技,以實現太陽能的有效轉換、安全存儲和使用,同時維持成本在可負擔水平。

汪教授相信此計劃有助加強香港在太陽能科技範疇的競爭力,並擴大太陽能在香港能源領域的實際使用率。計劃的研究課題包括:(1)開發高性能真空沉積薄膜太陽能電池結構和組件技術;(2)以溶液技術製作激子太陽能電池和組件的基礎研究;以及(3)開發新型的金屬氧化物和有機染料分子,從而在化學燃料合成中,實現高效人工光合作用和光催化。

薄膜太陽能電池結構和組件技術

光伏電池可直接進行光電轉換,電池通電連接成模組,可再組成面積較大的太陽能板。太陽能電池一般以硅或其他半導體製成,每當接觸陽光,就能將部分陽光吸納。這些光能源會打散電子,讓它們能自由流動。在新設計中,以真空沉積技術製造的薄膜太陽能電池,可比傳統的硅基太陽能電池輸出更高能量、覆蓋更大面積,而成本較低廉。

工程學院院長汪正平教授
中國科學院深圳先進技術研究院的試驗生產線

以溶液技術製作激子太陽能電池

激子太陽能電池可通過製造「激子」來產生電子-電洞對,從而透過太陽能發電。當光子與激子太陽能電池中的光主動元件相遇,就會激發帶有負電荷的電子,產生更多能量。由於缺乏了電子,帶正電荷的「電洞」就應運而生。

相對於傳統太陽能電池,激子太陽能電池存在一定優勢。傳統太陽能電池的電子被激發後,洞容和相應電易分離,但後者的電子-電洞對卻會緊靠在一起,在重新組合前亦不會分隔得太遠(因而損失能量)。溶液技術製作的激子太陽能電池以含半導體納米物料的液體來開發,可有效降低成本。

開發新型太陽能採集技術

除透過太陽能電池直接採集陽光外,此研究計劃亦會開拓其他以光合作用、光催化及熱電效應等為基礎的太陽能採集技術。光催化是藉催化劑加速能量轉換過程,而熱電效應則指由溫差產生電壓的直接轉換,反之亦然。研究人員會在人造光合作用過程中,利用金屬氧化物及有機染料分子作催化劑,開發更符合成本效益、可用陽光發電的物料。

智能化存儲和分配

除了研究採集太陽能的方法,該計劃也研究能源存儲方法,重點包括高能量氧化還原液流電池和高能超級電容器,並透過開發新材料和新技術,構建可更安全儲存能量的混和系统。

微電網是本地發電的分布式電力系統

有了完善的太陽能採集和存儲技術,研究計劃的下一步是以微電網為有效使用太陽能的平台。這些智能化電網利用先進科技和策略,融合管理資訊與和通訊,成為更可靠、更具彈性和更有效的工具。研究計劃將監察和管理太陽能的應用,以及增強電網的安全性。

綜合智能系統

這研究計劃不僅能夠創建跨學科平台,研究太陽能及其採集、存儲和應用,同時也能夠促進導向工業技術轉化的應用研究。透過結合上述各種技術,計劃可以具體呈現如何在實驗室和校園指定建築物內,進行以智能控制、一體化光伏組件、智能存儲和負荷等技術為基礎的微電網運作。研究的最終目標,是將這些技術帶出學術研究的框框,得以運用於工業範疇,從而在香港實現更大規模的太陽能應用。

 

《續綠中大》電子通訊由香港中文大學資訊處校園規劃及可持續發展處出版。