Ταυτόχρονη συλλογή ανανεώσιμης ενέργειας από τον ήλιο και από το διάστημα

Οι επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ για πρώτη φορά δείχνουν ότι η θερμότητα από τον ήλιο και η ψυχρότητα από το διάστημα μπορούν να συλλεχθούν ταυτόχρονα με μία μόνο συσκευή, δίνοντας μια πολλά υποσχόμενη νέα πηγή ανανεώσιμης ενέργειας.

Η έρευνά τους, που δημοσιεύθηκε στις 8 Νοεμβρίου στο περιοδικό Joule, υποδεικνύει ότι οι συσκευές για τη συλλογή ηλιακής και διαστημικής ενέργειας δεν θα ανταγωνίζονται για το χώρο της γης και μπορούν να βοηθήσουν η μια την άλλη να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά.

Η ανανεώσιμη ενέργεια είναι ολοένα και πιο δημοφιλής ως οικονομική και αποδοτική εναλλακτική λύση στα ορυκτά καύσιμα, με τα διαγράμματα κάλυψης της ηλιακής ενέργειας ως την αγαπημένη σε παγκόσμιο επίπεδο. Αλλά υπάρχει μια άλλη ισχυρή ενεργειακή πηγή που μπορεί να εκτελέσει ακριβώς την αντίθετη λειτουργία – το διάστημα.

“Είναι ευρέως αποδεκτό ότι ο ήλιος είναι μια τέλεια φυσική πηγή θερμότητας που προσφέρετε στα ανθρώπινα όντα της Γη”, λέει ο Ζεν Τσεν, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, ο οποίος είναι πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Στάνφορντ στην ομάδα Shanhui Fan και είναι επί του παρόντος καθηγητής στο Νοτιοανατολικό Πανεπιστήμιο της Κίνας. “Είναι λιγότερο γνωστό ότι η φύση προσφέρει επίσης το διάστημα των ανθρώπων ως τέλειο “νεροχύτη” θερμότητας”.

Τα αντικείμενα δίνουν τη θερμότητα ως υπέρυθρη ακτινοβολία – μια μορφή φωτός αόρατη στο ανθρώπινο μάτι. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της ακτινοβολίας αντανακλάται πίσω στη Γη από σωματίδια στην ατμόσφαιρα, αλλά μερικά από αυτά διαφεύγουν στο διάστημα επιτρέποντας στις επιφάνειες που εκπέμπουν αρκετή ακτινοβολία εντός της περιοχής υπέρυθρων να πέσουν κάτω από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος τους.

Η τεχνολογία ακτινοβολίας ψύξης αντικατοπτρίζει άφθονες ποσότητες υπέρυθρου φωτός, παρέχοντας μια εναλλακτική λύση κλιματισμού που δεν εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου. Μπορεί επίσης να συμβάλει στη βελτίωση της αποδοτικότητας των ηλιακών κυττάρων, γεγονός που μειώνει τα θερμότερα ηλιακά κύτταρα – αν μόνο οι δύο τεχνολογίες μπορούν να συνυπάρχουν ειρηνικά σε μια ταράτσα.

Ο Chen και οι συνάδελφοί του ανέπτυξαν μια συσκευή που συνδυάζει την ακτινοβολία ψύξης με τεχνολογία ηλιακής απορρόφησης. Η συσκευή αποτελείται από ηλιακό απορροφητή γερμανίου στην κορυφή ενός “ψυγείου” ακτινοβολίας με στρώματα νιτριδίου πυριτίου, πυριτίου και αλουμινίου που περικλείονται σε κενό για ελαχιστοποίηση της ανεπιθύμητης απώλειας θερμότητας.

Τόσο ο ηλιακός απορροφητής όσο και η ατμόσφαιρα είναι διαφανείς στη μεσαία υπέρυθρη ακτίνα των 8-13 μικρών, προσφέροντας ένα κανάλι για την υπέρυθρη ακτινοβολία από τον ακτινοβολητή για να περάσει στον εξωτερικό χώρο. Η ομάδα έδειξε ότι η συνδυασμένη συσκευή μπορεί ταυτόχρονα να παρέχει 24 ° C σε ηλιακή θέρμανση και 29 ° C σε ακτινοβολία ψύξης, με τον ηλιακό απορροφητήρα να βελτιώνει την απόδοση του ψυκτικού του ψυγείου εμποδίζοντας τη θερμότητα από τον ήλιο.

“Σε μια ταράτσα φανταζόμαστε ότι ένα φωτοβολταϊκό κύτταρο μπορεί να τροφοδοτήσει ηλεκτρικό ρεύμα ενώ το “ψυγείο” μπορεί να δροσίσει το σπίτι στις ζεστές καλοκαιρινές ημέρες”, λέει ο Chen.
Ενώ αυτή η τεχνολογία φαίνεται πολλά υποσχόμενη, ο Chen πιστεύει ότι υπάρχει ακόμη αρκετή δουλειά για να μπορέσει να αναπτυχθεί για εμπορική χρήση. Ενώ το κενό που περιβάλλει τη συσκευή μπορεί να κλιμακωθεί με σχετική ευκολία, το υπέρυθρο διαφανές παράθυρο που κατασκευάζεται από το σεληνίδιο του ψευδαργύρου εξακολουθεί να είναι πολύ δαπανηρό και ο ηλιακός απορροφητής και ο ακτινοβολητής θα μπορούσαν να σχεδιαστούν και από φθηνότερα υλικά υψηλής απόδοσης.
Ο Chen θεωρεί ότι είναι επίσης σημαντικό να δοκιμάσουμε τη χρήση φωτοβολταϊκών κυττάρων στη θέση ενός ηλιακού απορροφητή – μια ιδέα που δεν έχει ακόμη αποδειχθεί. Αλλά παρά τις πρακτικές αυτές προκλήσεις, η ομάδα πιστεύει ότι αυτή η έρευνα καταδεικνύει ότι η ανανεώσιμη ενέργεια έχει ακόμα πολύ περισσότερες δυνατότητες από αυτές που νομίζουμε.

Επιμέλεια Κειμένου: Κατερίνα Καλτσά