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Raffreddamento solare con pannello riflettente fotonico
I ricercatori di Stanford stanno sviluppando pannelli sul tetto che raffreddano gli edifici inviando calore nello spazio, una tecnica che potrebbe essere più efficiente rispetto al funzionamento di un condizionatore d'aria da pannelli solari.
Il professore di ingegneria elettrica Shanhui Fan (al centro) ha guidato la nuova ricerca sul raffreddamento degli edifici con gli studenti laureati Aaswath Raman (a sinistra) e Eden Rephaeli (a destra). Credito: Stanford.
Il professore di ingegneria elettrica Shanhui Fan ha progettato un dispositivo che utilizza materiali che gli consentono di manipolare il modo in cui il calore e la luce influiscono sulla temperatura dell'edificio. Immagina pannelli per tetti piatti che potrebbero ridurre notevolmente l'energia di raffreddamento diurna o essere utilizzati per raffreddare le case che non hanno accesso alla rete elettrica e all'aria condizionata.
Fan co-autore a carta sul potenziale teorico di un dispositivo che riflette la luce solare ed emette calore utilizzando più strati di materiali fotonici. Il suo team a Stanford ha recentemente ricevuto una sovvenzione di un anno di $ 400.000 dall'agenzia di ricerca ARPA-E per costruire una dimostrazione per testarne le prestazioni. Il gruppo sta ora costruendo quel prototipo e spera di commercializzare la tecnologia.
Il pannello avrebbe due componenti, entrambi utilizzando strati di cristalli fotonici nanostrutturati. Uno è essenzialmente uno specchio con materiali ottimizzati per ridurre al minimo la quantità di radiazione solare assorbita dal tetto di un edificio. Sopra di esso c'è uno strato separato in carburo di silicio e quarzo che converte il calore di un edificio e lo irradia nello spazio. Il calore di un data center, ad esempio, potrebbe essere trasportato in acqua calda e convogliato sotto i pannelli. Il pannello irradierà quindi quel calore per rimuoverlo dall'edificio, spiega Fan. Concettualmente, il pannello agirebbe al contrario di un tradizionale pannello solare per l'acqua calda, che prende l'energia del sole e la converte in acqua calda.
Il design consiste in due funzioni in un unico dispositivo. Uno strato riflette la luce solare per mantenere fresca una struttura, mentre un secondo irradia calore dall'edificio verso l'esterno in una lunghezza d'onda in modo che non venga intrappolato nell'atmosfera dai gas serra.
Per migliorare l'efficienza del dispositivo, parti dei materiali del pannello sono progettate per emettere radiazioni termiche in una lunghezza d'onda molto specifica che massimizza il trasferimento di energia nell'atmosfera. I ricercatori stimano che un tale dispositivo teoricamente potrebbe raggiungere un raffreddamento netto di 100 watt per metro quadrato. Se l'aria condizionata è una parte importante del tuo fabbisogno energetico, il che non è poi così insolito, potrebbe essere più efficiente che prendere una cella solare e guidare un condizionatore d'aria, dice.
I pannelli stessi non avrebbero parti mobili, quindi il funzionamento sarebbe semplice. Fan immagina magazzini ricoperti con questi tipi di pannelli, che sarebbero totalmente bianchi per riflettere la luce solare. In teoria, la luce solare riflessa potrebbe essere diretta su un pannello solare fotovoltaico per generare anche elettricità.
I materiali che andrebbero nel dispositivo non sono molto costosi e potrebbero essere realizzati con litografia o altre tecniche di fabbricazione a basso costo, dice.