El sistema de enfriamiento radiativo en la azotea podría proporcionar energía de iluminación cuando la energía solar no está disponible.
Los investigadores han diseñado una fuente de energía modular de bajo costo y fuera de la red que puede producir energía de manera eficiente por la noche. El sistema utiliza tecnología disponible comercialmente y eventualmente podría ayudar a satisfacer la necesidad de iluminación nocturna en áreas urbanas o proporcionar iluminación en países en desarrollo.
Aunque la energía solar aporta muchos beneficios, su uso depende en gran medida de la distribución de la luz solar, que puede estar limitada en muchos lugares y no está disponible por la noche. Los sistemas que almacenan energía producida durante el día suelen ser costosos, lo que aumenta el costo del uso de energía solar.
Para encontrar una alternativa menos costosa, los investigadores dirigidos por Shanhui Fan de la Universidad de Stanford buscaron el enfriamiento radiativo. Este enfoque utiliza la diferencia de temperatura resultante del calor absorbido del aire circundante y el efecto de enfriamiento radiante del espacio frío para generar electricidad.
En la revista Optics Express de The Optical Society (OSA) , los investigadores demuestran teóricamente un enfoque de enfriamiento radiativo optimizado que puede generar 2.2 vatios por metro cuadrado con un dispositivo de techo que no requiere batería ni energía externa. Esto es aproximadamente 120 veces la cantidad de energía que se ha demostrado experimentalmente y suficiente para alimentar sensores modulares como los que se usan en aplicaciones de seguridad o ambientales.
“Estamos trabajando para desarrollar una generación de iluminación sostenible y de alto rendimiento que pueda proporcionar a todos, incluidos aquellos en áreas rurales y en desarrollo, acceso a fuentes de energía de iluminación confiables y sostenibles de bajo costo”, dijo Lingling Fan, primer autor del artículo. «Una fuente de energía modular también podría alimentar sensores fuera de la red utilizados en una variedad de aplicaciones y usarse para convertir el calor residual de los automóviles en energía utilizable».
Maximizando la generación de energía
Una de las formas más eficientes de generar electricidad mediante refrigeración radiativa es utilizar un generador de energía termoeléctrica. Estos dispositivos utilizan materiales termoeléctricos para generar energía al convertir las diferencias de temperatura entre una fuente de calor y el lado frío del dispositivo, o enfriador radiativo, en un voltaje eléctrico.
En el nuevo trabajo, los investigadores optimizaron cada paso de la generación de energía termoeléctrica para maximizar la generación de energía durante la noche a partir de un dispositivo que se usaría en una azotea. Mejoraron la recolección de energía para que fluya más calor hacia el sistema desde el aire circundante e incorporen nuevos materiales termoeléctricos disponibles comercialmente que mejoran la forma en que el dispositivo utiliza esa energía. También calcularon que un generador de energía termoeléctrica que cubra un metro cuadrado de un tejado podría lograr el mejor equilibrio entre la pérdida de calor y la conversión termoeléctrica.
“Una de las innovaciones más importantes fue el diseño de un emisor selectivo que se conecta al lado frío del dispositivo”, dijo Wei Li, miembro del equipo de investigación. «Esto optimiza el proceso de enfriamiento radiativo para que el generador de energía pueda eliminar de manera más eficiente el calor excesivo».
Los investigadores demostraron el nuevo enfoque utilizando modelos informáticos para simular un sistema con parámetros físicos realistas. Los modelos reprodujeron fielmente resultados experimentales previos y revelaron que el sistema optimizado diseñado por los investigadores podría acercarse a lo que se ha calculado como la máxima eficiencia mediante conversión termoeléctrica.
Además de realizar experimentos, los investigadores también están examinando diseños óptimos para operar el sistema durante el día, además de la noche, lo que podría ampliar las aplicaciones prácticas del sistema.
Referencia: “Generación máxima de energía eléctrica durante la noche mediante un enfriamiento radiativo óptimo” por Lingling Fan, Wei Li, Weiliang Jin, Meir Orenstein y Shanhui Fan, 13 de agosto de 2020, Optics Express .
DOI: 10.1364 / OE.397714
Fuente | The Optical Society
