Onderzoekers hebben een off-grid ontworpen, goedkope modulaire energiebron die 's nachts efficiënt stroom kan produceren. Het systeem maakt gebruik van in de handel verkrijgbare technologie en kan uiteindelijk helpen voorzien in de behoefte aan nachtverlichting in stedelijke gebieden of verlichting bieden in ontwikkelingslanden.

Hoewel zonne-energie veel voordelen biedt, het gebruik ervan is sterk afhankelijk van de verdeling van het zonlicht, die op veel locaties kan worden beperkt en 's nachts volledig niet beschikbaar is. Systemen die overdag geproduceerde energie opslaan, zijn doorgaans duur, waardoor de kosten van het gebruik van zonne-energie stijgen.

Om een ​​goedkoper alternatief te vinden, onderzoekers onder leiding van Shanhui Fan van Stanford University keken naar stralingskoeling. Deze benadering gebruikt het temperatuurverschil als gevolg van warmte die wordt geabsorbeerd uit de omgevingslucht en het stralingskoelende effect van koude ruimte om elektriciteit op te wekken.

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , de onderzoekers demonstreren theoretisch een geoptimaliseerde benadering van stralingskoeling die 2,2 watt per vierkante meter kan genereren met een rooftop-apparaat dat geen batterij of externe energie nodig heeft. Dit is ongeveer 120 keer de hoeveelheid energie die experimenteel is aangetoond en genoeg om modulaire sensoren van stroom te voorzien, zoals die worden gebruikt in beveiligings- of milieutoepassingen.

"We werken aan de ontwikkeling van hoogwaardige, duurzame opwekking van verlichting die iedereen, ook die in ontwikkelingsgebieden en plattelandsgebieden, toegang kan geven tot betrouwbare en duurzame goedkope energiebronnen voor verlichting, " zei Lingling Fan, eerste auteur van het artikel. "Een modulaire energiebron kan ook off-grid sensoren aandrijven die in verschillende toepassingen worden gebruikt en worden gebruikt om afvalwarmte van auto's om te zetten in bruikbare stroom."

Energieopwekking maximaliseren

Een van de meest efficiënte manieren om elektriciteit op te wekken met behulp van stralingskoeling is het gebruik van een thermo-elektrische stroomgenerator. Deze apparaten gebruiken thermo-elektrische materialen om stroom op te wekken door de temperatuurverschillen tussen een warmtebron en de koele kant van het apparaat om te zetten, of stralingskoeler, in een elektrische spanning.

In het nieuwe werk de onderzoekers optimaliseerden elke stap van thermo-elektrische energieopwekking om de nachtelijke stroomopwekking te maximaliseren van een apparaat dat op een dak zou worden gebruikt. Ze verbeterden de energiewinning, zodat er meer warmte vanuit de omringende lucht in het systeem stroomt en bevatten nieuwe commercieel verkrijgbare thermo-elektrische materialen die verbeteren hoe goed die energie door het apparaat wordt gebruikt. Ze berekenden ook dat een thermo-elektrische stroomgenerator die één vierkante meter van een dak beslaat, de beste afweging zou kunnen maken tussen warmteverlies en thermo-elektrische conversie.

"Een van de belangrijkste innovaties was het ontwerpen van een selectieve emitter die aan de koele kant van het apparaat wordt bevestigd, " zei Wei Li, een lid van het onderzoeksteam. "Dit optimaliseert het stralingskoelingsproces, zodat de stroomgenerator de overtollige warmte efficiënter kan afvoeren."

De onderzoekers demonstreerden de nieuwe aanpak door computermodellering te gebruiken om een ​​systeem met realistische fysieke parameters te simuleren. De modellen reproduceerden getrouw eerdere experimentele resultaten en onthulden dat het geoptimaliseerde systeem ontworpen door de onderzoekers in de buurt zou kunnen komen van wat is berekend als de maximale efficiëntie met behulp van thermo-elektrische conversie.

Naast het uitvoeren van experimenten, de onderzoekers onderzoeken ook de optimale ontwerpen om het systeem overdag te laten werken, naast de nacht, die de praktische toepassingen van het systeem zou kunnen uitbreiden.