(Phys.org) — Een team van Stanford heeft een geheel nieuwe vorm van koelpaneel ontworpen dat zelfs werkt als de zon schijnt. Een dergelijk paneel zou de daglichtkoeling van gebouwen enorm kunnen verbeteren, auto's en andere constructies door zonlicht terug te stralen in het kille vacuüm van de ruimte.

Huizen en gebouwen gekoeld zonder airconditioners. Auto-interieurs die niet warm worden in de zomerzon. Tikken op de ijskoude ruimten om de planeet af te koelen. Science fiction, jij zegt? We zullen, misschien niet meer.

Een team van onderzoekers van Stanford heeft een geheel nieuwe vorm van koelstructuur ontworpen die zelfs afkoelt als de zon schijnt. Een dergelijke structuur zou de daglichtkoeling van gebouwen aanzienlijk kunnen verbeteren, auto's en andere constructies door zonlicht terug te reflecteren in het kille vacuüm van de ruimte. Hun paper waarin het apparaat wordt beschreven, werd op 5 maart gepubliceerd in Nano-letters .

"Mensen zien de ruimte meestal als een warmtebron van de zon, maar weg van de zon is de ruimte echt koud, koude plek, " legde Shanhui Fan uit, hoogleraar elektrotechniek en senior auteur van de paper. "We hebben een nieuw type structuur ontwikkeld dat de overgrote meerderheid van het zonlicht weerkaatst, terwijl het tegelijkertijd warmte in die kou stuurt, die door de mens gemaakte structuren zelfs overdag koelt."

De truc, vanuit technisch oogpunt, is tweeledig. Eerst, de reflector moet zoveel mogelijk van het zonlicht weerkaatsen. Slechte reflectoren absorberen te veel zonlicht, opwarmen in het proces en het verslaan van het doel van koeling.

De tweede uitdaging is dat de constructie warmte efficiënt terug de ruimte in moet stralen. Dus, de structuur moet zeer efficiënt warmtestraling uitzenden binnen een bepaald golflengtebereik waarin de atmosfeer bijna transparant is. Buiten dit bereik, De atmosfeer van de aarde reflecteert het licht eenvoudig weer naar beneden. De meeste mensen zijn bekend met dit fenomeen. Het is beter bekend als het broeikaseffect - de oorzaak van de wereldwijde klimaatverandering.

Twee doelpunten in één

Met de nieuwe structuur worden beide doelen bereikt. Het is een effectieve breedbandspiegel voor zonnelicht - het reflecteert het grootste deel van het zonlicht. Het zendt ook zeer efficiënt thermische straling uit binnen het cruciale golflengtebereik dat nodig is om aan de atmosfeer van de aarde te ontsnappen.

Stralingskoeling 's nachts is uitgebreid bestudeerd als een mitigatiestrategie voor klimaatverandering, toch is er overdag een piekvraag naar koeling.

"Niemand was tot nu toe in staat geweest om de uitdagingen van stralingskoeling overdag te overwinnen - van koeling wanneer de zon schijnt, " zei Eden Rephaeli, een promovendus in het laboratorium van Fan en een co-eerste auteur van het artikel. "Het is een grote hindernis."

Het Stanford-team is erin geslaagd waar anderen tekort kwamen door zich te wenden tot nanogestructureerde fotonische materialen. Deze materialen kunnen worden ontworpen om lichtreflectie in bepaalde golflengten te versterken of te onderdrukken.

"We hebben een heel andere benadering gekozen dan eerdere inspanningen op dit gebied, " zei Aaswath Raman, een promovendus in het laboratorium van Fan en een co-eerste auteur van het artikel. "We combineren de warmtestraler en zonnereflector in één apparaat, waardoor het zowel hogere prestaties als veel robuuster en praktisch relevanter maakt. Vooral, we zijn erg enthousiast omdat dit ontwerp levensvatbare toepassingen op zowel industriële schaal als off-grid mogelijk maakt."

Met behulp van geconstrueerde nanofotonische materialen was het team in staat om sterk te onderdrukken hoeveel warmteopwekkend zonlicht het paneel absorbeert, terwijl het zeer efficiënt warmte uitstraalt in het belangrijkste frequentiebereik dat nodig is om aan de atmosfeer van de aarde te ontsnappen. Het materiaal is gemaakt van kwarts en siliciumcarbide, beide zeer zwakke absorbers van zonlicht.

Netto koelvermogen

Het nieuwe apparaat kan een netto koelvermogen van meer dan 100 watt per vierkante meter halen. Ter vergelijking, de huidige standaard 10 procent efficiënte zonnepanelen wekken ongeveer dezelfde hoeveelheid stroom op. Dat betekent dat de stralingskoelpanelen van Fan in theorie zouden kunnen worden vervangen op daken waar bestaande zonnepanelen elektriciteit leveren aan airconditioningsystemen die nodig zijn om het gebouw te koelen.

Om het anders te zeggen, een typisch één-verhaal, eengezinswoning met slechts 10 procent van het dak bedekt met panelen voor stralingskoeling, zou tijdens de heetste uren van de zomer 35 procent van de totale airconditioningbehoeften kunnen compenseren.

Stralingskoeling heeft nog een ander groot voordeel ten opzichte van alle andere koelstrategieën zoals airconditioning. Het is een passieve technologie. Het vereist geen energie. Het heeft geen bewegende delen. Het is gemakkelijk te onderhouden. Je plaatst het op het dak of de zijkanten van gebouwen en het begint meteen te werken.

Een veranderende visie op koeling

Afgezien van de commerciële implicaties, Fan en zijn medewerkers voorzien een brede potentiële maatschappelijke impact. Een groot deel van de menselijke bevolking op aarde leeft in zonovergoten gebieden rond de evenaar. De vraag naar elektriciteit om airconditioners aan te drijven stijgt op deze plaatsen enorm, een economische en ecologische uitdaging vormen. Deze gebieden zijn meestal arm en het vermogen dat nodig is om de koeling aan te drijven, bestaat meestal uit elektriciteitscentrales op fossiele brandstoffen die het broeikasgasprobleem verergeren.

"Naast deze regio's, we kunnen toepassingen voor stralingskoeling voorzien in off-the-grid gebieden van de derde wereld waar airconditioning op dit moment niet eens mogelijk is. Er zijn grote aantallen mensen die baat kunnen hebben bij dergelijke systemen, ' zei Fan.