超过17亿人在全球范围内仍然没有可靠的电力供应。对其中许多人而言，太阳能是他们潜在的能源救星——至少在阳光充足的时候是如此。
用于在黑暗时段储存多余太阳能的技术正在不断进步。但如果我们能够从寒冷的夜空中发电呢？斯坦福大学和加州大学洛杉矶分校的研究人员刚刚做到了这一点。虽然目前还不能指望它成为太阳能的“暗面孪生兄弟”，但它未来可能在能源需求中发挥重要作用。
这项技术本身并不新鲜——事实上，其背后的原理早在近200年前就已被发现。这种名为热电发电机的装置，利用两块金属板之间的温差，通过所谓的塞贝克效应发电。温差越大，产生的电力就越多。
我们已经在利用这项技术，将工业机械和汽车发动机等来源的余热转化为电能。这项新研究采用同样的技术，利用室外空气与朝向天空的表面之间的温差来获取能量。
该装置的两块金属板上下叠放。上层金属板面向敞开夜空的寒冷空气，而下层金属板则处于较温暖的封闭空气中，朝向地面。热量总是向较冷的环境辐射，环境越冷，热量辐射得越快。由于敞开的夜空比包围下层金属板的封闭空气更冷，上层金属板散热的速度比下层金属板更快。这就在两块金属板之间产生了温差——在本研究中，温差为四至五摄氏度。
此时两块金属板温度不同，热量也开始从较热的下层金属板传递到较冷的上层金属板。该装置利用这种热流发电。
在这种较小的温差下，发电功率有限。研究人员的装置每平方米仅产生25毫瓦（mW/m²）的功率——足以为一盏小型LED阅读灯供电。相比之下，同等面积的太阳能电池板足以维持三台32英寸LED电视机的运行——也就是说，功率高出4000倍。
更大的潜力
在较干燥的气候条件下，该装置的表现可能更好。这是因为在较潮湿的气候中，空气中的水汽会在朝下的下层金属板上凝结，使其降温并缩小两块金属板之间的温差。例如，在干燥的地中海地区，该装置的发电量可能是美国的20倍。
该装置本身还可以进一步改进。例如，制造商可以涂覆一层涂层，使装置表面在白天达到比周围环境更低的温度，从而使其在夜间降温效果更佳。他们还可以采用波纹状金属板代替平板，因为波纹状金属板效率更高，能更好地吸收和发射辐射。这些以及其他切实可行的技术升级，可能将功率输出提高多达十倍。
随着日常技术效率的不断提升，热电装置不久之后可能在为社会供电方面发挥重要作用。我的同事正在开发一项技术，可将家用设备相互连接并接入互联网——即所谓的物联网——其功率水平仅为每平方米1.5兆瓦（MW/m²），这一能量水平在干燥气候下的增强型装置范围内是完全可以实现的。
通过将一系列安装在住宅墙壁上的热电发电机连接起来，该技术可以显著减轻房屋的能源负荷。该技术也是可行的——它可以轻松实现大规模生产，并且价格低廉，足以在接入市电成本过高或不切实际的地区提供可行的能源。
当然，热电装置不太可能取代电池储能，成为太阳能夜间的救星。目前电池成本已降至四分之一，即约为十年前的四分之一，而配备电池储能的太阳能系统已经成为满足小规模家庭和工业能源需求的经济可行方案。
不过，该技术可以作为太阳能和电池储能的有益补充，并在电池失效或面板损坏时，成为离网生活者至关重要的备用能源。当最寒冷的夜晚一切都出问题时，那些拥有热电装置为取暖器供电的人，至少还能为寒冷的夜间空气心存感激。
