L'apparato che sta dimostrando l'efficacia di un pannello per tetti a doppio strato. Lo strato superiore utilizza i materiali semiconduttori standard che entrano nelle celle solari per la raccolta di energia, i nuovi materiali sullo strato inferiore svolgono il compito di raffreddamento. Credito:Linda Cicerone, Notizie di Stanford
Gli scienziati della Stanford University hanno dimostrato per la prima volta che il calore del sole e il freddo dello spazio possono essere raccolti contemporaneamente con un singolo dispositivo. La loro ricerca, pubblicato l'8 novembre sulla rivista Joule , suggerisce che i dispositivi per la raccolta dell'energia solare e spaziale non competeranno per lo spazio terrestre e possono effettivamente aiutarsi a vicenda a funzionare in modo più efficiente.
L'energia rinnovabile è sempre più popolare come alternativa economica ed efficiente ai combustibili fossili, con l'energia solare in cima alle classifiche come la preferita in tutto il mondo. Ma c'è un'altra potente fonte di energia in alto che può svolgere esattamente la funzione opposta:lo spazio.
"È ampiamente riconosciuto che il sole è una perfetta fonte di calore che la natura offre agli esseri umani sulla Terra, "dice Zhen Chen, il primo autore dello studio, che è un ex ricercatore associato a Stanford nel gruppo di Shanhui Fan ed è attualmente professore presso la Southeast University of China. "È meno ampiamente riconosciuto che la natura offre anche agli esseri umani lo spazio esterno come un perfetto dissipatore di calore".
Gli oggetti emettono calore sotto forma di radiazione infrarossa, una forma di luce invisibile all'occhio umano. La maggior parte di questa radiazione viene riflessa sulla Terra dalle particelle nell'atmosfera, ma una parte fugge nello spazio, consentendo alle superfici che emettono abbastanza radiazioni all'interno della gamma infrarossa di scendere al di sotto della temperatura dell'ambiente circostante. La tecnologia di raffreddamento radiativo riflette abbondanti quantità di luce infrarossa, fornendo un'alternativa all'aria condizionata che non emette gas serra. Può anche aiutare a migliorare l'efficienza delle celle solari, che diminuisce il riscaldamento delle celle solari, se solo le due tecnologie possono coesistere pacificamente su un tetto.
Il professore di Stanford Shanhui Fan (a sinistra) e lo studioso post-dottorato Zhen Chen esaminano il primo impianto solare a doppio scopo al mondo. La tecnologia prototipo è progettata per catturare l'energia del sole e raffreddare gli edifici allo stesso tempo. Credito:Linda Cicerone, Notizie di Stanford
Chen e i suoi colleghi hanno sviluppato un dispositivo che combina il raffreddamento radiativo con la tecnologia di assorbimento solare. Il dispositivo è costituito da un assorbitore solare al germanio sopra un dispositivo di raffreddamento radiativo con nitruro di silicio, silicio, e strati di alluminio racchiusi nel vuoto per ridurre al minimo la perdita di calore indesiderata. Sia l'assorbitore solare che l'atmosfera sono trasparenti nella gamma del medio infrarosso di 8-13 micron, offrendo un canale per la radiazione infrarossa dal radiatore radiativo per passare attraverso lo spazio esterno. Il team ha dimostrato che il dispositivo combinato può fornire contemporaneamente 24°C nel riscaldamento solare e 29°C nel raffreddamento radiativo, con l'assorbitore solare che migliora le prestazioni del raffreddatore radiativo bloccando il calore del sole.
"Su un tetto, immaginiamo che una cella fotovoltaica possa fornire elettricità mentre il raffrescatore radiativo può raffreddare la casa nelle calde giornate estive, "dice Chen.
Anche se questa tecnologia sembra promettente, Chen crede che ci sia ancora molto lavoro da fare prima che possa essere ampliato per l'uso commerciale. Mentre il vuoto che avvolge il dispositivo potrebbe essere aumentato con relativa facilità, la finestra trasparente agli infrarossi in seleniuro di zinco è ancora troppo costosa, e anche l'assorbitore solare e il dispositivo di raffreddamento radiativo potrebbero essere progettati con materiali più economici e ad alte prestazioni. Chen pensa che sia anche importante testare l'uso di celle fotovoltaiche al posto di un assorbitore solare, un'idea che deve ancora essere dimostrata. Ma nonostante tutte queste sfide pratiche, il team ritiene che questa ricerca dimostri che l'energia rinnovabile ha ancora più potenziale sui tetti di quanto si pensasse in precedenza.
"Penso che questa tecnologia potrebbe potenzialmente rivoluzionare l'attuale tecnologia delle celle solari, " dice Chen. "Se il nostro concetto viene dimostrato e ampliato, la futura cella solare avrà due funzioni in una:elettricità e raffreddamento."
