Güneş Enerjisinin Ucuz Maliyetli Alternatifi Tasarlandı

Araştırmacılar, geceleri aydınlatma için verimli bir şekilde enerji üretmek için radyatif soğutma kullanan şebekeden bağımsız, düşük maliyetli bir modüler enerji kaynağı tasarladılar. Kredi: Lingling Fan ve Wei Li, Stanford Üniversitesi

Çatıdaki radyatif soğutma sistemi, güneş enerjisi mevcut olmadığında aydınlatma gücü sağlayabilir.

Araştırmacılar, geceleri verimli bir şekilde enerji üretebilen şebekeden bağımsız, düşük maliyetli modüler bir enerji kaynağı tasarladılar. Sistem, piyasada bulunan teknolojiyi kullanır ve nihayetinde kentsel alanlarda gece aydınlatması ihtiyacını karşılamaya veya gelişmekte olan ülkelerde aydınlatma sağlamaya yardımcı olabilir.

Güneş enerjisi birçok fayda sağlasa da, kullanımı büyük ölçüde güneş ışığının dağılımına bağlıdır, bu da birçok yerde sınırlı olabilir ve geceleri tamamen kullanılamaz. Gün boyunca üretilen enerjiyi depolayan sistemler tipik olarak pahalıdır, bu nedenle güneş enerjisi kullanım maliyetini artırır.

Daha ucuz bir alternatif bulmak için Stanford Üniversitesi’nden Shanhui Fan liderliğindeki araştırmacılar, radyatif soğutmaya baktılar. Bu yaklaşım, elektrik üretmek için çevredeki havadan emilen ısıdan ve soğuk alanın radyant soğutma etkisinden kaynaklanan sıcaklık farkını kullanır.

The Optical Society (OSA) dergisi Optics Express’te, araştırmacılar teorik olarak pil veya herhangi bir harici enerji gerektirmeyen bir çatı cihazıyla metrekare başına 2,2 Watt üretebilen optimize edilmiş bir radyatif soğutma yaklaşımı gösteriyor. Bu, deneysel olarak gösterilen enerji miktarının yaklaşık 120 katıdır ve güvenlik veya çevre uygulamalarında kullanılanlar gibi modüler sensörleri çalıştırmak için yeterlidir.

Makalenin ilk yazarı Lingling Fan, “Gelişmekte olan ve kırsal bölgelerdekiler de dahil olmak üzere herkese güvenilir ve sürdürülebilir düşük maliyetli aydınlatma enerji kaynaklarına erişim sağlayabilecek yüksek performanslı, sürdürülebilir aydınlatma üretimi geliştirmek için çalışıyoruz” dedi. “Modüler bir enerji kaynağı, çeşitli uygulamalarda kullanılan şebeke dışı sensörleri de çalıştırabilir ve otomobillerden gelen atık ısıyı kullanılabilir güce dönüştürmek için kullanılabilir.”

Güç üretimini en üst düzeye çıkarmak
Radyatif soğutma kullanarak elektrik üretmenin en verimli yollarından biri termoelektrik güç üreteci kullanmaktır. Bu cihazlar, bir ısı kaynağı ile cihazın soğuk tarafı veya radyatif soğutucu arasındaki sıcaklık farklarını elektrik voltajına dönüştürerek güç üretmek için termoelektrik malzemeler kullanır.

Yeni çalışmada araştırmacılar, çatıda kullanılacak bir cihazdan gece elektrik üretimini en üst düzeye çıkarmak için termoelektrik güç üretiminin her adımını optimize ettiler. Enerji hasadını iyileştirdiler, böylece sisteme çevreleyen havadan daha fazla ısı aktı ve bu enerjinin cihaz tarafından ne kadar iyi kullanıldığını artıran ticari olarak mevcut yeni termoelektrik malzemeleri dahil ettiler. Ayrıca, bir çatı katının bir metrekaresini kaplayan bir termoelektrik güç jeneratörünün, ısı kaybı ve termoelektrik dönüşüm arasında en iyi değiş tokuşu sağlayabileceğini hesapladılar.

Araştırma ekibinin bir üyesi olan Wei Li, “En önemli yeniliklerden biri, cihazın soğuk tarafına takılan seçici bir yayıcı tasarlamaktı” dedi. “Bu, radyatif soğutma sürecini optimize ederek güç jeneratörünün aşırı ısıdan daha verimli bir şekilde kurtulmasını sağlıyor.”

Araştırmacılar, gerçekçi fiziksel parametrelerle bir sistemi simüle etmek için bilgisayar modellemesini kullanarak yeni yaklaşımı gösterdiler. Modeller, önceki deneysel sonuçları sadakatle yeniden üretti ve araştırmacılar tarafından tasarlanan optimize edilmiş sistemin, termoelektrik dönüşüm kullanılarak maksimum verimlilik olarak hesaplanana yaklaşabileceğini ortaya çıkardı.

Araştırmacılar, deneyler yapmanın yanı sıra, sistemin pratik uygulamalarını genişletebilecek geceye ek olarak sistemi gündüz çalıştırmaya yönelik en uygun tasarımları da inceliyorlar.

Referans: Lingling Fan, Wei Li, Weiliang Jin, Meir Orenstein ve Shanhui Fan tarafından “Optimum radyatif soğutma yoluyla maksimum gece elektrik üretimi”, 13 Ağustos 2020, Optics Express.
DOI: 10.1364 / OE.397714