Ale dlaczego nowa technologia okazuje się tak niesamowita? Odpowiedź jest prosta: może za jednym razem produkować energię elektryczną, dostarczać ciepło i chłodzić budynek. Takie rozwiązania pozostawały do tej pory poza zasięgiem, dlatego jest czym się zachwycać. O szczegółach przytoczonej koncepcji czytamy na łamach Cell Reports Physical Science.
Jak dodają autorzy powyższej publikacji, wszystkie trzy funkcje są dostępne z wykorzystaniem jednej powierzchni. Wyniki eksperymentów z prototypem w roli głównej pokazują, że takie rozwiązanie może w przyszłości znaleźć zastosowanie między innymi w dachach i fasadach budynków.
Czytaj też: Topniejący diament to skarbnica wiedzy. Naukowcy mówią o skoku w energetyce i astronomii
Cały pomysł opiera się na połączeniu dwóch pozornie przeciwstawnych zjawisk. Z jednej strony wdrożony system wykorzystuje energię promieniowania słonecznego, aby wytwarzać prąd i ciepło. Z drugiej natomiast korzysta z możliwości wypromieniowania energii cieplnej z powierzchni Ziemi w przestrzeń kosmiczną.
W centrum nowego rozwiązania znajduje się przezroczysta warstwa chłodząca wykonana z podłoża krzemionkowego pokrytego polimerem silikonowym. Materiał przepuszcza światło słoneczne, ale jednocześnie emituje promieniowanie podczerwone w kierunku przestrzeni kosmicznej. Wykorzystuje przy tym okno atmosferyczne, czyli zakres długości fal, dla którego atmosfera Ziemi jest stosunkowo przezroczysta dla promieniowania cieplnego.
Światło, które przechodzi przez warstwę chłodzącą, trafia następnie na soczewkę Fresnela. Koncentruje ona promieniowanie słoneczne na niewielkim kolektorze fotowoltaiczno-termicznym. Dzięki temu można jednocześnie uzyskiwać energię elektryczną oraz ciepło, podczas gdy znajdująca się powyżej warstwa pozostaje chłodna.
To właśnie pogodzenie tych dwóch procesów było jednym z największych wyzwań dla badaczy. Kolektor słoneczny powinien pochłaniać jak najwięcej energii i osiągać wysoką temperaturę. Warstwa odpowiedzialna za chłodzenie musi natomiast pozostawać możliwie zimna, aby skutecznie oddawać ciepło do przestrzeni kosmicznej. Konstrukcja opracowana przez zespół badawczy pozwala fizycznie rozdzielić te dwa obszary.
Czytaj też: 750 Wh/kg i rok niemal bez utraty energii. Chiny zbudowały baterię na trudne misje
Podczas testów terenowych prototyp osiągnął temperaturę o 6,5 stopnia Celsjusza niższą od temperatury otoczenia. Jednocześnie naukowcy określili gęstość mocy elektrycznej na 60,6 wata na metr kwadratowy, a temperatura w części odpowiedzialnej za produkcję ciepła sięgała nawet 110,8 stopnia Celsjusza. Jeśli chodzi o przyszłość, to taka technologia powinna być szczególnie interesująca w miejscach, w których zapotrzebowanie na energię elektryczną i chłodzenie występuje jednocześnie. Jednym z przykładów są centra danych, w tym obiekty wykorzystywane do obsługi sztucznej inteligencji. Taka infrastruktura potrzebuje ogromnych ilości energii, ale jednocześnie wymaga intensywnego chłodzenia.
Badacze z Karlsruhe Institute of Technology widzą jednak szersze zastosowanie swojej koncepcji. Ich zdaniem dachy i fasady budynków mogłyby w przyszłości przestać być wyłącznie elementami konstrukcyjnymi i stać się aktywnymi powierzchniami energetycznymi, które jednocześnie dostarczają prąd, ciepło i chłód.
Źródło: Cell Reports Physical Science
