可再生能源技术对减少温室气体排放和向可持续动力来源过渡至关重要,但是其效率和可行性受到基本热力学原则的限制,了解这些限制有助于确定现实的期望和指导技术发展。

基本热力学原则

热力学规范了能源从一种形式转换到另一种形式。 热力学的第二定律指出,孤立系统中的 ⁇ 往往会增加,这限制了能源转换过程的效率。 这一原则影响到所有可再生能源系统,从太阳能板到风力涡轮机。

太阳能的限制

光伏(PV)电池将阳光转化为电能,但其效率受到Shockley-Queisser限值的限制,单聚电电池的限值约为33%。 这一限值源于光子能量与材料的波段差相关的热力学考虑。

风能限制

风力涡轮从移动空气中提取动能. 贝茨限值规定,任何涡轮都无法在风力中捕获超过59.3%的动能,这一根本限值源于空气需要通过涡轮,阻止了完整的能量提取.

其他可再生能源技术

地热和水力系统也面临热力学限制,例如地热电站的效率取决于热源和水槽之间的温度差,而热源和水槽受地球热特性的限制,水力发电效率也受到水流所具备的潜在能量的限制.