El aparato que está demostrando la eficacia de un panel de techo de doble capa. La capa superior utiliza los materiales semiconductores estándar que se utilizan en las células solares de recolección de energía, los nuevos materiales de la capa inferior realizan la tarea de enfriamiento. Crédito:Linda Cicero, Noticias de Stanford
Los científicos de la Universidad de Stanford han demostrado por primera vez que el calor del sol y el frío del espacio exterior se pueden recolectar simultáneamente con un solo dispositivo. Su investigación, publicado el 8 de noviembre en la revista Joule , sugiere que los dispositivos para recolectar energía solar y espacial no competirán por el espacio terrestre y, de hecho, pueden ayudarse mutuamente a funcionar de manera más eficiente.
La energía renovable es cada vez más popular como alternativa económica y eficiente a los combustibles fósiles. con las listas de éxitos de energía solar como el favorito mundial. Pero hay otra poderosa fuente de energía que puede realizar la función opuesta:el espacio exterior.
"Es ampliamente reconocido que el sol es una fuente de calor perfecta que la naturaleza ofrece a los seres humanos en la Tierra, "dice Zhen Chen, el primer autor del estudio, quien es un ex investigador asociado postdoctoral en Stanford en el grupo de Shanhui Fan y actualmente es profesor en la Universidad del Sureste de China. "Se reconoce menos ampliamente que la naturaleza también ofrece a los seres humanos el espacio exterior como un perfecto disipador de calor".
Los objetos emiten calor en forma de radiación infrarroja, una forma de luz invisible para el ojo humano. La mayor parte de esta radiación es reflejada de regreso a la Tierra por partículas en la atmósfera, pero parte de ella se escapa al espacio, permitiendo que las superficies que emiten suficiente radiación dentro del rango infrarrojo caigan por debajo de la temperatura de su entorno. La tecnología de enfriamiento radiativo refleja grandes cantidades de luz infrarroja, proporcionando una alternativa de aire acondicionado que no emite gases de efecto invernadero. También puede ayudar a mejorar la eficiencia de las células solares, lo que disminuye cuanto más calientes se vuelven las células solares, si tan solo las dos tecnologías pueden coexistir pacíficamente en una azotea.
La profesora de Stanford Shanhui Fan (izquierda) y el erudito postdoctoral Zhen Chen examinan la primera matriz solar de doble propósito del mundo. La tecnología prototipo está diseñada para capturar energía del sol y enfriar edificios al mismo tiempo. Crédito:Linda Cicero, Noticias de Stanford
Chen y sus colegas desarrollaron un dispositivo que combina enfriamiento radiativo con tecnología de absorción solar. El dispositivo consta de un absorbedor solar de germanio en la parte superior de un enfriador radiativo con nitruro de silicio, silicio, y capas de aluminio encerradas al vacío para minimizar la pérdida de calor no deseada. Tanto el absorbedor solar como la atmósfera son transparentes en el rango del infrarrojo medio de 8-13 micrones, ofreciendo un canal para que la radiación infrarroja del enfriador radiativo pase al espacio exterior. El equipo demostró que el dispositivo combinado puede proporcionar simultáneamente 24 ° C en calefacción solar y 29 ° C en refrigeración radiativa. con el absorbedor solar mejorando el rendimiento del enfriador radiativo al bloquear el calor del sol.
"En una azotea, imaginamos que una celda fotovoltaica puede suministrar electricidad mientras que el enfriador radiativo puede enfriar la casa en los calurosos días de verano, "dice Chen.
Si bien esta tecnología parece prometedora, Chen cree que todavía hay mucho trabajo por hacer antes de que pueda ampliarse para uso comercial. Si bien el vacío que envuelve el dispositivo podría ampliarse con relativa facilidad, la ventana infrarroja transparente hecha de seleniuro de zinc sigue siendo demasiado costosa, y el absorbedor solar y el enfriador radiativo también podrían diseñarse con materiales más baratos y de alto rendimiento. Chen cree que también es importante probar el uso de células fotovoltaicas en lugar de un absorbedor solar, una idea que aún no se ha demostrado. Pero a pesar de todos estos desafíos prácticos, el equipo cree que esta investigación demuestra que la energía renovable tiene aún más potencial en los tejados de lo que se pensaba anteriormente.
"Creo que esta tecnología podría revolucionar la tecnología actual de células solares, ", dice Chen." Si nuestro concepto se demuestra y se amplía, la futura célula solar tendrá dos funciones en una:electricidad y refrigeración ".
