Ny type solstruktur køler bygninger i fuldt sollys

(Phys.org) – Et Stanford-team har designet en helt ny form for kølepanel, der fungerer, selv når solen skinner. Et sådant panel kunne i høj grad forbedre dagslysafkølingen af ​​bygninger, biler og andre strukturer ved at udstråle sollys tilbage i rummets kølige vakuum.

Huse og bygninger nedkølet uden klimaanlæg. Bilinteriør, der ikke varmer i sommersolen. Tryk på de kolde vidder i det ydre rum for at afkøle planeten. Science fiction, du siger? Godt, måske ikke mere.

Et team af forskere ved Stanford har designet en helt ny form for kølestruktur, der køler, selv når solen skinner. En sådan struktur kunne i høj grad forbedre dagslysafkølingen af ​​bygninger, biler og andre strukturer ved at reflektere sollys tilbage i rummets kølige vakuum. Deres papir, der beskriver enheden, blev offentliggjort den 5. marts i Nano bogstaver .

"Folk ser normalt rummet som en varmekilde fra solen, men væk fra solen er det ydre rum virkelig forkølet, koldt sted, " forklarede Shanhui Fan, professor i elektroteknik og avisens seniorforfatter. "Vi har udviklet en ny type struktur, der reflekterer langt størstedelen af ​​sollys, mens det på samme tid sender varme ind i den kulde, som køler menneskeskabte strukturer selv om dagen."

Tricket, fra et ingeniørmæssigt synspunkt, er dobbelt. Først, reflektoren skal reflektere så meget af sollys som muligt. Dårlige reflektorer absorberer for meget sollys, opvarmes i processen og besejre formålet med afkøling.

Den anden udfordring er, at strukturen effektivt skal udstråle varme tilbage i rummet. Dermed, strukturen skal udsende termisk stråling meget effektivt inden for et bestemt bølgelængdeområde, hvor atmosfæren er næsten gennemsigtig. Uden for dette område, Jordens atmosfære reflekterer simpelthen lyset ned igen. De fleste mennesker kender til dette fænomen. Det er bedre kendt som drivhuseffekten - årsagen til globale klimaændringer.

To mål i ét

Den nye struktur opfylder begge mål. Det er et effektivt bredbåndsspejl til sollys - det reflekterer det meste af sollyset. Det udsender også termisk stråling meget effektivt inden for det afgørende bølgelængdeområde, der er nødvendigt for at undslippe Jordens atmosfære.

Radiativ afkøling om natten er blevet undersøgt indgående som en afbødningsstrategi for klimaændringer, dog opstår der spidsbelastning for køling i dagtimerne.

"Ingen havde endnu været i stand til at overvinde udfordringerne med strålingskøling i dagtimerne - afkøling, når solen skinner, " sagde Eden Rephaeli, en ph.d.-kandidat i Fan's laboratorium og en med-førsteforfatter af papiret. "Det er en stor forhindring."

Stanford-teamet har haft succes, hvor andre er kommet til kort ved at vende sig til nanostrukturerede fotoniske materialer. Disse materialer kan konstrueres til at forbedre eller undertrykke lysrefleksion i visse bølgelængder.

"Vi har taget en meget anderledes tilgang i forhold til tidligere indsats på dette område, " sagde Aaswath Raman, en ph.d.-kandidat i Fan's laboratorium og en med-førsteforfatter af papiret. "Vi kombinerer termisk emitter og solreflektor i én enhed, gør den både højere ydeevne og meget mere robust og praktisk relevant. I særdeleshed, vi er meget begejstrede, fordi dette design gør brugbare applikationer i både industriel skala og off-grid."

Ved at bruge konstruerede nanofotoniske materialer var holdet i stand til kraftigt at undertrykke, hvor meget varmefremkaldende sollys panelet absorberer, mens den udstråler varme meget effektivt i det nøglefrekvensområde, der er nødvendigt for at undslippe Jordens atmosfære. Materialet er lavet af kvarts og siliciumcarbid, begge meget svage absorbere af sollys.

Netto køleeffekt

Den nye enhed er i stand til at opnå en nettokøleeffekt på over 100 watt pr. kvadratmeter. Til sammenligning, nutidens standard 10 procent effektive solpaneler genererer omtrent den samme mængde strøm. Det betyder, at Fans radiative kølepaneler teoretisk set kan erstattes på tage, hvor eksisterende solpaneler leverer elektricitet til de klimaanlæg, der er nødvendige for at køle bygningen.

For at sige det på en anden måde, en typisk en-historie, Enfamiliehus med kun 10 procent af taget dækket af radiative kølepaneler kunne opveje 35 procent af hele sit klimabehov i de varmeste timer om sommeren.

Radiativ køling har en anden stor fordel i forhold til alle andre kølestrategier, såsom klimaanlæg. Det er en passiv teknologi. Det kræver ingen energi. Den har ingen bevægelige dele. Den er nem at vedligeholde. Du sætter den på taget eller siderne af bygninger, og den begynder straks at virke.

En skiftende vision om køling

Ud over de kommercielle implikationer, Fan og hans samarbejdspartnere forudser en bred potentiel social indvirkning. En stor del af den menneskelige befolkning på Jorden lever i solbeskinnede områder sammenkrøbet omkring ækvator. Elektrisk efterspørgsel til at drive klimaanlæg stiger i vejret disse steder, udgør en økonomisk og en miljømæssig udfordring. Disse områder har en tendens til at være fattige, og den nødvendige strøm til at drive køling betyder normalt fossile brændselskraftværker, der forværrer drivhusgasproblemet.

"Ud over disse regioner, vi kan forudse applikationer til strålingskøling i områder uden for nettet i udviklingslandene, hvor aircondition ikke engang er muligt på nuværende tidspunkt. Der er et stort antal mennesker, der kunne drage fordel af sådanne systemer, " sagde Fan.