Elektrika in hlajenje hkrati

Klimatske naprave so, posebej seveda v poletnih mesecih, ko jih uporabljamo za hlajenje,  velik porabnik električne energije. Profesor Shanhui Fan iz univerze Stanford zato že nekaj let dela na hladilnem sistemu oziroma klimatski napravi, ki za svoje delo ne potrebuje zunanjega vira električne energije. Gre za proces, imenovan radiacijsko oziroma sevalno hlajenje, deluje pa tako, da se na streho objekta postavijo posebne plošče, ki odbijajo sončno svetlobo in hkrati toplotno sevanje pretvarjajo v takšne vrste sevanja, ki ga zemeljska atmosfera ne more ustaviti. Za kaj gre?

Zemeljsko toplotno sevanje je ujeto med površino našega planeta in atmosfero, zato ne more pobegniti. Lahko pa bi, če bi bilo to takšne valovne dolžine, da ga atmosfera ne bi mogla zadržati. Omenjeni znanstvenik je s svojo ekipo naredil prav to – izdelal je ploščo, prekrito z nanodelci iz kremena in silicijevega karbida, ki toplotno sevanje pretvarjajo v infrardeče sevanje takšne valovne dolžine, ki ga atmosfera ne more ustaviti in gre naprej v vesolje.

Sliši se nenavadno, a zadeva je že leta 2013 dokazala, da deluje in da daje za okoli 100 W hladilne moči po kvadratnem metru plošče. In kaj to pomeni v praksi? Izračunali so, da če bi s temi ploščami prekrili le 10 odstotkov »povprečne« enodružinske družinske hiše, bi se stroški hlajenja v najbolj vročih dneh znižali  za okoli 35 odstotkov.

A to je bilo leta 2013. Sedaj je omenjena ekipa našla še boljšo, dvoslojno in zato dvonamensko rešitev. Ploščo so izdelali tako, da so njeno zunanjo površino prevlekli s slojem enakih polprevodnih elementov, kot jih najdemo v klasičnih fotovoltaičnih sistemih, notranjo površino, torej tisto ki je usmerjena v streho, pa iz materiala, ki termično energijo pretvarja v zgoraj omenjeno IR-sevanje. In kaj so s tem dobili? Ideja bi v prihodnosti lahko pripeljala do strešnih plošč, ki bi hkrati proizvajale elektriko in pasivno hladile hišo, kar pomeni, da bi se fotovoltaiki pridružilo hlajenje, ki ne potrebuje nobenega napajanja, torej bi se lahko pridobljena elektrika v celoti uporabila v druge namene.

Sliši se zelo zanimivo, a stvar še ni tako daleč. Ta trenutek je v fazi kot krožnik velikega prototipa, ki sončnih celic nima podloženih s kovinsko folijo, ki preprečuje »pobeg« IR-žarkov, tako da sistem dejansko še ni proizvajal električne energije, a podatki meritev so kljub temu izredno obetajoči. Vrhnja površina, ki je absorbirala sončno svetlobo, se je segrela na temperaturo, za 24 stopinj višjo od temperature ambienta, notranja, radiativna površina pa je prostor pod njo ohladila na temperaturo, ki je bila kar 29 stopinj nižja od temperature okolice. S tem so dokazali, da je toploto mogoče usmerjati skozi fotovoltaični sloj, sedaj pa morajo slednjega še »prepričati«, da ne bo več potreboval kovinske zaščitne folije.

Raziskava je bila objavljena v reviji Joule.

Vir: Stanford University