Устройство генерирует свет от холодного ночного неба

Недорогое термоэлектрическое устройство использует холод космоса без активного ввода тепла, генерируя электричество, которое питает светодиод ночью, сообщают исследователи Joule.

«Примечательно, что устройство способно генерировать электричество в ночное время, когда солнечные элементы не работают, - говорит ведущий автор Аасват Раман (Aaswath Raman), доцент кафедры материаловедения и инженерии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. - Помимо освещения, мы полагаем, что это может быть широким подходом к выработке электроэнергии для удаленных мест и везде, где необходимо производство электроэнергии ночью».

Хотя солнечные элементы являются эффективным источником возобновляемой энергии в течение дня, в настоящее время не существует аналогичного возобновляемого подхода к выработке энергии ночью. Солнечные фонари могут питаться энергией от аккумуляторов, запасенной в дневное время для ночного использования, но это увеличивает расходы.

Устройство, разработанное доц. Раманом и учеными из Стэнфордского университета Вей Ли (Wei Li) и Шаньхуэй Фаном (Shanhui Fan), обходит ограничения солнечной энергии, используя преимущества радиационного охлаждения, при котором обращенная к небу поверхность передает свое тепло атмосфере в виде теплового излучения, теряя часть тепла в космосе и достижение более низкой температуры, чем окружающий воздух. Это явление объясняет, как на траве образуется иней в морозные ночи, и тот же принцип можно применить для выработки электроэнергии, используя перепады температур в ночное время, когда пики спроса на освещение.

Доц. Раман и его коллеги протестировали свой недорогой 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 прозрачным для инфракрасного излучения, размещалось на столе на высоте одного метра над уровнем крыши, отбирая тепло из окружающего воздуха и излучая его в ночное небо через простой черный излучатель. Когда термоэлектрический модуль был подключен к преобразователю повышения напряжения и белому светодиоду, исследователи заметили, что он пассивно питал 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 можно приобрести с полки, Раман и команда считают, что устройство можно легко масштабировать для практического использования. Количество электричества, которое оно вырабатывает на единицу площади, остается относительно небольшим, что ограничивает его широкое применение на данный момент, но исследователи прогнозируют, что его можно сделать в двадцать раз мощнее с помощью улучшенной техники - например, путем подавления теплового усиления в компоненте радиационного охлаждения для увеличения эффективность теплообмена - и работе в более жарком и сухом климате.

«Наша работа выдвигает на первый план многие оставшиеся возможности для энергии, используя холод космоса в качестве возобновляемого источника энергии», - говорит Раман. - Мы считаем, что это составляет основу дополнительной технологии к солнечной энергетике. Хотя выходная мощность всегда будет существенно ниже, устройство может работать в часы, когда солнечные элементы не могут».

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365