KIT разрабатывает гибридную солнечную систему с радиационным охлаждением
Купить АКБ Challenger EVG6-225
Исследователи KIT разработали гибридную систему, которая сочетает в себе фотоэлектрическую технологию и пассивное радиационное охлаждение для одновременной выработки электроэнергии, тепла и охлаждения на одной поверхности. Прототип обеспечил охлаждение до температуры на 6,5 °C ниже температуры окружающей среды, плотность электрической мощности 60,6 Вт/м² и температуру нагрева до 110,8 °C.
Прототип гибридной системы радиационного охлаждения и солнечной энергии для одновременной выработки электроэнергии, отопления и охлаждения.
Фотоэлектрические системы для получения электроэнергии, солнечные тепловые коллекторы для получения тепла и кондиционеры для охлаждения — это стандартные решения для зданий. Исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали гибридную систему, которая позволяет получать все три вида энергии одновременно с одной поверхности. Система сочетает в себе сбор солнечной энергии и использование холода космического пространства посредством пассивного дневного радиационного охлаждения (PDRC).
Радиационное охлаждение происходит, когда поверхность объекта поглощает меньше излучения из атмосферы и излучает больше. В результате поверхность теряет тепло, и можно добиться охлаждающего эффекта без использования электроэнергии.
Гибридная система объединяет фотоэлектрическую технологию с технологией прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Ее основной компонент — светопропускающий охлаждающий слой, который излучает тепло в космос в виде инфракрасного излучения. Прозрачный слой состоит из пластины из диоксида кремния, покрытой полидиметилсилоксаном (ПДМС) — силиконовым полимером. Он пропускает солнечный свет для фотоэлектрической генерации и одновременно излучает тепло в космос через «атмосферное окно» — диапазон длин волн, в котором атмосфера Земли особенно прозрачна для теплового излучения.
За охлаждающим слоем линза Френеля концентрирует солнечный свет на небольшом фотоэлектрическом тепловом коллекторе, который вырабатывает и электричество, и тепло.
Исследовательская группа протестировала прототип системы в естественных условиях. Устройство обеспечило охлаждение до температуры на 6,5 °C ниже температуры окружающей среды, плотность электрической мощности составила 60,6 Вт/м², а температура для утилизации тепла — до 110,8 °C.
Основная сложность заключалась в интеграции двух конкурирующих процессов: солнечный коллектор должен поглощать как можно больше солнечной энергии, а компонент радиационного охлаждения должен оставаться максимально холодным.
«Мы решили эту проблему, направив солнечный свет сначала через прозрачный охлаждающий слой, а под ним расположив линзу Френеля, которая фокусирует свет на солнечном коллекторе гораздо меньшего размера», — рассказал Иван Альберто Крус Гарсия, аспирант и ведущий автор исследования в Институте микроструктурных технологий KIT. «Это обеспечивает физическое разделение горячего солнечного коллектора и охлаждающего слоя».
Эта разработка основана на исследованиях, проведенных в KIT в 2024 году, когда ученые создали прозрачный материал, способный пассивно охлаждать здания, пропуская при этом дневной свет. «Опираясь на эти результаты, мы дополнили функцию радиационного охлаждения компонентом для сбора солнечной энергии. Это превращает одну поверхность в многофункциональную энергетическую систему», — сказал соавтор исследования Гань Хуанг.
Исследователи представили свои выводы в статье «Совместный сбор космической и солнечной энергии для трех видов генерации: охлаждения, электричества и отопления», опубликованной в Cell Reports Physical Science.
Команда планирует оптимизировать направление солнечного света, управление температурным режимом и работу солнечных батарей. «Мы хотим, чтобы крыши и фасады стали активными энергетическими поверхностями, которые одновременно вырабатывают электричество, тепло и охлаждают», — сказал Хуанг. Эта концепция также может быть применима к энергоемким приложениям, таким как центры обработки данных с искусственным интеллектом, которые требуют большого количества электроэнергии и охлаждения.
Исследователи из Шанхайского университета Цзяо Тун в Китае, Университета Пердью в США, Каталонского института нанонауки и нанотехнологий и Института материаловедения в Испании, а также Иорданского университета науки и технологий и Австралийского колледжа в Кувейте недавно применили радиационное охлаждение для охлаждения солнечных панелей.