11.10.2019
Специалисты Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, совместно со специалистами Стэнфордского университета, разработали недорогое термоэлектрическое устройство, которое использует холод космоса без активного ввода тепла, генерируя электричество, которое питает светодиоды ночью. Об этом своем изобретении ученые рассказали в интервью журналу Joule.
Ведущий специалист Асват Раман, доцент кафедры материаловедения и инженерии Университета говорит: «Наше устройство способно генерировать электричество в ночное время, когда солнечные батареи не работают. Помимо освещения, наше устройство может применяться в целом для производства электроэнергии. Оно может стать незаменимым, в том числе, для удаленных местоположений и везде, где необходимо производство электроэнергии ночью – в часы наиболее активного ее потребления».
Хотя современные солнечные панели и являются эффективным источником возобновляемой энергии в течение дня, но сейчас не существует аналогичного возобновляемого устройства для производства энергии ночью. Солнечные фонари могут быть оснащены батареями для хранения энергии, произведенной в дневное время для ночного использования, но это лишь увеличивает расходы.
Устройство, разработанное учеными Асват Раманом, Вей Ли и Шаньхуэй Фаном, обходит ограничения солнечной энергии, используя радиационное охлаждение, при котором обращенная к небу поверхность передает свое тепло атмосфере в виде теплового излучения, теряя часть тепла в космосе и достигая более низкой температуры, чем окружающий воздух.
Это явление объясняет, как на траве образуются изморозь в морозные ночи, и тот же принцип можно использовать для выработки электроэнергии, используя перепады температур для выработки возобновляемой электроэнергии в ночное время.
Раман и его коллеги протестировали свой термоэлектрический генератор на крыше в Стэнфорде, штат Калифорния, под ясным декабрьским небом. Устройство, состоящее из полистирольного кожуха, покрытого алюминированным майларом для минимизации теплового излучения и защищенного от инфракрасного излучения и ветра, размещалось столе на высоте одного метра над уровнем крыши. И оно собирало тепло из окружающего воздуха и выделяло его в ночное небо.
Когда термоэлектрический модуль был подключен к преобразователю повышения напряжения и белому светодиоду, исследователи заметили, что он пассивно впитывал свет. Они также измерили его выходную мощность в течение шести часов, обнаружив, что он вырабатывает до 25 милливатт энергии на квадратный метр.
Поскольку радиационный охладитель состоит из простого алюминиевого диска, покрытого краской, и все остальные компоненты легко приобрести, Раман и команда считают, что устройство можно легко масштабировать для практического использования.
Количество электричества, которое он вырабатывает на единицу площади, пока небольшой, что ограничивает его широкое применение на данный момент, но исследователи предсказывают, что его можно сделать в двадцать раз мощнее. Например, путем подавления прироста тепла в компоненте радиационного охлаждения для увеличения тепла.
«Наша работа выдвигает на первый план многие оставшиеся возможности для энергии, используя холод космоса в качестве возобновляемого источника энергии. Мы считаем, что наше устройство является основой для дополнительной технологии солнечной энергии. Хотя выходная мощность всегда будет существенно ниже, оно может работать в те часы, когда солнечные элементы не могут»- говорит Раман.