(Phys.org) —Un equipo de Stanford ha diseñado una forma completamente nueva de panel de enfriamiento que funciona incluso cuando brilla el sol. Un panel de este tipo podría mejorar enormemente el enfriamiento diurno de los edificios, automóviles y otras estructuras al irradiar la luz del sol hacia el frío vacío del espacio.

Hogares y edificios refrigerados sin aire acondicionado. Interiores de automóviles que no se calientan con el sol de verano. Aprovechando las gélidas extensiones del espacio exterior para enfriar el planeta. Ciencia ficción, ¿tu dices? Bien, tal vez ya no.

Un equipo de investigadores de Stanford ha diseñado una forma completamente nueva de estructura de enfriamiento que enfría incluso cuando brilla el sol. Una estructura de este tipo podría mejorar enormemente el enfriamiento diurno de los edificios, automóviles y otras estructuras al reflejar la luz del sol en el frío vacío del espacio. Su artículo que describe el dispositivo fue publicado el 5 de marzo en Nano letras .

"La gente suele ver el espacio como una fuente de calor del sol, pero lejos del sol, el espacio exterior es realmente un frío, lugar frío, "explicó Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica y autor principal del artículo. "Hemos desarrollado un nuevo tipo de estructura que refleja la gran mayoría de la luz solar, mientras que al mismo tiempo envía calor a esa frialdad, que enfría las estructuras artificiales incluso durante el día ".

El truco, desde el punto de vista de la ingeniería, es doble. Primero, el reflector debe reflejar la mayor cantidad de luz solar posible. Los reflectores deficientes absorben demasiada luz solar, calentar en el proceso y anular el propósito de enfriar.

El segundo desafío es que la estructura debe irradiar calor de manera eficiente al espacio. Por lo tanto, la estructura debe emitir radiación térmica de manera muy eficiente dentro de un rango de longitud de onda específico en el que la atmósfera es casi transparente. Fuera de este rango, La atmósfera de la Tierra simplemente refleja la luz hacia abajo. La mayoría de la gente está familiarizada con este fenómeno. Es más conocido como efecto invernadero, la causa del cambio climático global.

Dos goles en uno

La nueva estructura logra ambos objetivos. Es un espejo de banda ancha eficaz para la luz solar:refleja la mayor parte de la luz solar. También emite radiación térmica de manera muy eficiente dentro del rango de longitud de onda crucial necesario para escapar de la atmósfera de la Tierra.

El enfriamiento radiativo durante la noche se ha estudiado ampliamente como una estrategia de mitigación del cambio climático, sin embargo, la demanda máxima de refrigeración se produce durante el día.

"Nadie había podido superar los desafíos del enfriamiento radiativo diurno, el enfriamiento cuando brilla el sol, "dijo Eden Rephaeli, candidato a doctorado en el laboratorio de Fan y coautor del artículo. "Es un gran obstáculo".

El equipo de Stanford ha tenido éxito donde otros se han quedado cortos al recurrir a materiales fotónicos nanoestructurados. Estos materiales pueden diseñarse para mejorar o suprimir el reflejo de la luz en determinadas longitudes de onda.

"Hemos adoptado un enfoque muy diferente en comparación con los esfuerzos anteriores en este campo, "dijo Aaswath Raman, candidato a doctorado en el laboratorio de Fan y coautor del artículo. "Combinamos el emisor térmico y el reflector solar en un solo dispositivo, haciéndolo tanto de mayor rendimiento como mucho más robusto y prácticamente relevante. En particular, estamos muy emocionados porque este diseño hace viables las aplicaciones tanto a escala industrial como fuera de la red ".

Usando materiales nanofotónicos de ingeniería, el equipo pudo suprimir fuertemente la cantidad de luz solar inductora de calor que absorbe el panel. mientras que irradia calor de manera muy eficiente en el rango de frecuencia clave necesario para escapar de la atmósfera terrestre. El material está hecho de cuarzo y carburo de silicio, ambos absorbentes muy débiles de la luz solar.

Potencia de refrigeración neta

El nuevo dispositivo es capaz de alcanzar una potencia de refrigeración neta superior a 100 vatios por metro cuadrado. En comparación, Los paneles solares estándar actuales con un 10 por ciento de eficiencia generan aproximadamente la misma cantidad de energía. Eso significa que los paneles de enfriamiento radiativo de Fan teóricamente podrían sustituirse en los tejados donde los paneles solares existentes alimentan electricidad a los sistemas de aire acondicionado necesarios para enfriar el edificio.

Para decirlo de otra manera, un típico de un piso, Una casa unifamiliar con solo el 10 por ciento de su techo cubierto por paneles de enfriamiento radiativo podría compensar el 35 por ciento de todas sus necesidades de aire acondicionado durante las horas más calurosas del verano.

El enfriamiento radiativo tiene otra gran ventaja sobre todas las demás estrategias de enfriamiento, como el aire acondicionado. Es una tecnología pasiva. No requiere energía. No tiene partes móviles. Es de fácil mantenimiento. Lo pones en el techo o en los costados de los edificios y comienza a funcionar de inmediato.

Una visión cambiante del enfriamiento

Más allá de las implicaciones comerciales, Fan y sus colaboradores prevén un amplio impacto social potencial. Gran parte de la población humana en la Tierra vive en regiones bañadas por el sol apiñadas alrededor del ecuador. La demanda eléctrica para impulsar aires acondicionados se está disparando en estos lugares, presentando un desafío económico y ambiental. Estas áreas tienden a ser pobres y la energía necesaria para impulsar el enfriamiento generalmente significa plantas de energía de combustibles fósiles que agravan el problema de los gases de efecto invernadero.

"Además de estas regiones, Podemos prever aplicaciones para el enfriamiento radiativo en áreas fuera de la red del mundo en desarrollo donde el aire acondicionado ni siquiera es posible en este momento. Hay un gran número de personas que podrían beneficiarse de estos sistemas, "Dijo Fan.