Chłodzenie słoneczne za pomocą panelu reflektora fotonicznego

Naukowcy ze Stanford opracowują panele dachowe, które chłodzą budynki, wysyłając ciepło z powrotem w kosmos, technika, która może być bardziej wydajna niż uruchamianie klimatyzatora z paneli słonecznych.

Profesor inżynierii elektrycznej Shanhui Fan (w środku) prowadził nowatorskie badania nad chłodzeniem budynków wraz ze studentami Aaswath Raman (po lewej) i Edenem Rephaeli (po prawej). Źródło: Stanford.

Profesor elektrotechniki Shanhui Fan zaprojektował urządzenie, które wykorzystuje materiały, które pozwalają mu manipulować wpływem ciepła i światła na temperaturę budynku. Wyobraża sobie płaskie panele dachowe, które mogą znacznie obniżyć zużycie energii chłodzącej w ciągu dnia lub służyć do chłodzenia domów, które nie mają dostępu do zasilania sieciowego i klimatyzacji.

Współautorami fanów papier na teoretycznym potencjale urządzenia, które zarówno odbija światło słoneczne, jak i emituje ciepło przy użyciu wielu warstw materiałów fotonicznych. Jego zespół w Stanford otrzymał niedawno roczny grant w wysokości 400 000 dolarów od agencji badawczej ARPA-E na zbudowanie demonstracji w celu przetestowania jej wydajności. Grupa buduje teraz ten prototyp i ma nadzieję, że ostatecznie skomercjalizuje tę technologię.

Panel składałby się z dwóch elementów, z których oba wykorzystywałyby warstwy nanostrukturalnych kryształów fotonicznych. Jednym z nich jest zasadniczo lustro z materiałami zoptymalizowanymi pod kątem minimalizacji ilości promieniowania słonecznego pochłanianego przez dach budynku. Nad nim znajduje się oddzielna warstwa z węglika krzemu i kwarcu, która przekształca ciepło z budynku i wypromieniowuje je w przestrzeń. Na przykład ciepło z centrum danych może być przenoszone w gorącej wodzie i przesyłane rurami pod panelami. Panel następnie emitowałby to ciepło, aby usunąć je z budynku, wyjaśnia Fan. Koncepcyjnie panel działałby odwrotnie niż tradycyjny panel słoneczny z gorącą wodą, który pobiera energię słoneczną i zamienia ją w gorącą wodę.

Konstrukcja składa się z dwóch funkcji w jednym urządzeniu. Jedna warstwa odbija światło słoneczne, aby konstrukcja była chłodna, podczas gdy druga emituje ciepło z budynku na zewnątrz w zakresie długości fali, dzięki czemu nie jest on uwięziony w atmosferze przez gazy cieplarniane.

Aby poprawić wydajność urządzenia, części materiałów panelu są zaprojektowane tak, aby emitować promieniowanie cieplne o bardzo określonej długości fali, co maksymalizuje transfer energii do atmosfery. Naukowcy szacują, że takie urządzenie teoretycznie mogłoby osiągnąć chłodzenie netto na poziomie 100 watów na metr kwadratowy. Jeśli klimatyzacja stanowi dużą część twoich potrzeb energetycznych, co nie jest niczym niezwykłym, może być bardziej wydajna niż zabranie ogniwa słonecznego i napędzanie klimatyzatora, mówi.

Same panele nie miałyby żadnych ruchomych części, więc obsługa byłaby prosta. Fan wyobraża sobie magazyny pokryte tego typu panelami, które byłyby całkowicie białe, aby odbijać światło słoneczne. Teoretycznie odbite światło słoneczne można by skierować na panel fotowoltaiczny, aby również generować energię elektryczną.

Mówi, że materiały, które zostałyby zastosowane w urządzeniu, nie są bardzo drogie i można je wykonać litografią lub innymi tanimi technikami produkcyjnymi.

ukryć