I ricercatori hanno progettato un off-grid, fonte di energia modulare a basso costo in grado di produrre energia in modo efficiente durante la notte. Il sistema utilizza la tecnologia disponibile in commercio e potrebbe eventualmente aiutare a soddisfare la necessità di illuminazione notturna nelle aree urbane o fornire illuminazione nei paesi in via di sviluppo.

Sebbene l'energia solare offra molti vantaggi, il suo utilizzo dipende fortemente dalla distribuzione della luce solare, che può essere limitato in molte località ed è completamente non disponibile di notte. I sistemi che immagazzinano l'energia prodotta durante il giorno sono in genere costosi, aumentando così il costo dell'utilizzo dell'energia solare.

Per trovare un'alternativa meno costosa, i ricercatori guidati da Shanhui Fan della Stanford University hanno esaminato il raffreddamento radiativo. Questo approccio utilizza la differenza di temperatura risultante dal calore assorbito dall'aria circostante e l'effetto di raffreddamento radiante dello spazio freddo per generare elettricità.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Optics Express , i ricercatori dimostrano teoricamente un approccio di raffreddamento radiativo ottimizzato che può generare 2,2 Watt per metro quadrato con un dispositivo sul tetto che non richiede una batteria o energia esterna. Si tratta di circa 120 volte la quantità di energia che è stata dimostrata sperimentalmente e sufficiente per alimentare sensori modulari come quelli utilizzati nelle applicazioni di sicurezza o ambientali.

"Stiamo lavorando per sviluppare alte prestazioni, generazione di illuminazione sostenibile in grado di fornire a tutti, compresi quelli nelle aree rurali e in via di sviluppo, l'accesso a fonti di energia di illuminazione affidabili e sostenibili a basso costo, " ha detto Lingling Fan, primo autore del saggio. "Una fonte di energia modulare potrebbe anche alimentare i sensori off-grid utilizzati in una varietà di applicazioni ed essere utilizzata per convertire il calore di scarto delle automobili in energia utilizzabile".

Massimizzare la produzione di energia

Uno dei modi più efficienti per generare elettricità utilizzando il raffreddamento radiativo è utilizzare un generatore di energia termoelettrica. Questi dispositivi utilizzano materiali termoelettrici per generare energia convertendo le differenze di temperatura tra una fonte di calore e il lato freddo del dispositivo, o radiatore radiante, in una tensione elettrica.

Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno ottimizzato ogni fase della generazione di energia termoelettrica per massimizzare la generazione di energia notturna da un dispositivo che sarebbe stato utilizzato su un tetto. Hanno migliorato la raccolta di energia in modo che più calore fluisca nel sistema dall'aria circostante e incorporano nuovi materiali termoelettrici disponibili in commercio che migliorano il modo in cui l'energia viene utilizzata dal dispositivo. Hanno anche calcolato che un generatore di energia termoelettrica che copre un metro quadrato di un tetto potrebbe ottenere il miglior compromesso tra perdita di calore e conversione termoelettrica.

"Una delle innovazioni più importanti è stata la progettazione di un emettitore selettivo collegato al lato freddo del dispositivo, " ha detto Wei Li, un membro del gruppo di ricerca. "Questo ottimizza il processo di raffreddamento radiativo in modo che il generatore di corrente possa eliminare in modo più efficiente il calore eccessivo".

I ricercatori hanno dimostrato il nuovo approccio utilizzando la modellazione al computer per simulare un sistema con parametri fisici realistici. I modelli hanno riprodotto fedelmente i precedenti risultati sperimentali e hanno rivelato che il sistema ottimizzato progettato dai ricercatori potrebbe avvicinarsi a quella che è stata calcolata come la massima efficienza utilizzando la conversione termoelettrica.

Oltre a condurre esperimenti, i ricercatori stanno anche esaminando progetti ottimali per il funzionamento del sistema durante il giorno, oltre alle ore notturne, che potrebbe ampliare le applicazioni pratiche del sistema.