Wetenschappers van Stanford University hebben voor het eerst aangetoond dat warmte van de zon en kou uit de ruimte gelijktijdig kunnen worden verzameld met één apparaat. Hun onderzoek, gepubliceerd op 8 november in het tijdschrift Joule , suggereert dat apparaten voor het oogsten van zonne- en ruimte-energie niet zullen concurreren om landruimte en elkaar juist kunnen helpen efficiënter te functioneren.

Hernieuwbare energie wordt steeds populairder als economisch en efficiënt alternatief voor fossiele brandstoffen, met zonne-energie topping charts als de wereldwijde favoriet. Maar er is nog een andere krachtige energiebron die precies de tegenovergestelde functie kan vervullen:de ruimte.

"Het wordt algemeen erkend dat de zon een perfecte warmtebron is die de natuur de mens op aarde biedt, " zegt Zhen Chen, de eerste auteur van de studie, die een voormalig postdoctoraal onderzoeksmedewerker is aan Stanford in de groep van Shanhui Fan en momenteel professor is aan de Zuidoost-universiteit van China. "Het wordt minder algemeen erkend dat de natuur de mens ook de ruimte biedt als een perfect koellichaam."

Objecten geven warmte af als infraroodstraling - een vorm van licht die onzichtbaar is voor het menselijk oog. Het grootste deel van deze straling wordt teruggekaatst naar de aarde door deeltjes in de atmosfeer, maar een deel ervan ontsnapt de ruimte in, waardoor oppervlakken die voldoende straling uitzenden binnen het infraroodbereik onder de temperatuur van hun omgeving dalen. Stralingskoelingstechnologie reflecteert grote hoeveelheden infrarood licht, een airconditioningalternatief bieden dat geen broeikasgassen uitstoot. Het kan ook helpen de efficiëntie van zonnecellen te verbeteren, waardoor de hetere zonnecellen afnemen, als de twee technologieën maar vreedzaam naast elkaar kunnen bestaan ​​op één dak.

Chen en zijn collega's ontwikkelden een apparaat dat stralingskoeling combineert met zonneabsorptietechnologie. Het apparaat bestaat uit een germanium zonne-absorber bovenop een stralingskoeler met siliciumnitride, silicium, en aluminiumlagen ingesloten in een vacuüm om ongewenst warmteverlies te minimaliseren. Zowel de zonneabsorbeerder als de atmosfeer zijn transparant in het midden-infraroodbereik van 8-13 micron, het aanbieden van een kanaal voor infraroodstraling van de stralingskoeler om door te gaan naar de ruimte. Het team toonde aan dat het gecombineerde apparaat tegelijkertijd 24?C kan leveren voor zonneverwarming en 29?C voor stralingskoeling, waarbij de zonneabsorber de prestaties van de stralingskoeler verbetert door de warmte van de zon te blokkeren.

"Op een dak, we stellen ons voor dat een fotovoltaïsche cel elektriciteit kan leveren, terwijl de stralingskoeler het huis kan afkoelen op warme zomerdagen, " zegt Chen.

Hoewel deze technologie veelbelovend lijkt, Chen gelooft dat er nog genoeg werk te doen is voordat het kan worden opgeschaald voor commercieel gebruik. Hoewel het vacuüm dat het apparaat omhult relatief gemakkelijk kan worden opgeschaald, het infrarood-transparante venster van zinkselenide is nog te duur, en de zonne-absorber en stralingskoeler kunnen ook worden ontworpen van goedkopere, hoogwaardige materialen. Chen vindt het ook belangrijk om het gebruik van fotovoltaïsche cellen te testen in plaats van een zonneabsorber, een idee dat nog moet worden aangetoond. Maar ondanks al deze praktische uitdagingen, het team is van mening dat dit onderzoek aantoont dat hernieuwbare energie zelfs meer dakpotentieel heeft dan eerder werd gedacht.

"Ik denk dat deze technologie een revolutie teweeg kan brengen in de huidige zonneceltechnologie, ", zegt Chen. "Als ons concept wordt gedemonstreerd en opgeschaald, de toekomstige zonnecel krijgt twee functies in één:elektriciteit en koeling."