Forskare vid Stanford University har för första gången visat att värme från solen och kyla från yttre rymden kan samlas in samtidigt med en enda enhet. Deras forskning, publicerad 8 november i tidskriften Joule , föreslår att enheter för att skörda sol- och rymdenergi inte kommer att konkurrera om landutrymme och faktiskt kan hjälpa varandra att fungera mer effektivt.

Förnybar energi blir alltmer populärt som ett ekonomiskt och effektivt alternativ till fossila bränslen, med topplistor för solenergi som den världsomspännande favoriten. Men det finns en annan kraftfull energikälla över huvudet som kan utföra precis motsatt funktion – yttre rymden.

"Det är allmänt erkänt att solen är en perfekt värmekälla som naturen erbjuder människor på jorden, " säger Zhen Chen, studiens första författare, som är en före detta postdoktoral forskarassistent vid Stanford i gruppen Shanhui Fan och är för närvarande professor vid Southeast University of China. "Det är mindre allmänt erkänt att naturen också erbjuder människors yttre rymden som en perfekt kylfläns."

Föremål avger värme som infraröd strålning - en form av ljus som är osynligt för det mänskliga ögat. Det mesta av denna strålning reflekteras tillbaka till jorden av partiklar i atmosfären, men en del av det flyr ut i rymden, tillåta ytor som avger tillräckligt med strålning inom det infraröda området att sjunka under temperaturen i omgivningen. Radiativ kylningsteknik reflekterar stora mängder infrarött ljus, tillhandahåller ett alternativ för luftkonditionering som inte släpper ut växthusgaser. Det kan också bidra till att förbättra solcellseffektiviteten, vilket minskar ju varmare solcellerna blir — om bara de två teknologierna kan samexistera fredligt på ett tak.

Chen och hans kollegor utvecklade en enhet som kombinerar strålningskylning med solabsorptionsteknik. Enheten består av en germanium solfångare ovanpå en strålningskylare med kiselnitrid, kisel, och aluminiumskikt inneslutna i ett vakuum för att minimera oönskad värmeförlust. Både solabsorbatorn och atmosfären är genomskinliga i det mellan-infraröda området 8-13 mikron, erbjuder en kanal för infraröd strålning från den strålande kylaren att passera till yttre rymden. Teamet visade att den kombinerade enheten samtidigt kan ge 24°C i solvärme och 29°C i radiativ kylning, med solabsorbatorn som förbättrar strålningskylarens prestanda genom att blockera värme från solen.

"På ett tak, vi föreställer oss att en solcell kan leverera el medan den strålande kylaren kan kyla ner huset under varma sommardagar, säger Chen.

Även om denna teknik verkar lovande, Chen tror att det fortfarande finns mycket att göra innan det kan skalas upp för kommersiellt bruk. Medan vakuumet som omsluter enheten kunde skalas upp relativt lätt, det infrarödtransparenta fönstret tillverkat av zinkselenid är fortfarande för dyrt, och solabsorbenten och strålningskylaren kan också utformas från billigare högpresterande material. Chen tycker att det också är viktigt att testa användningen av solceller i stället för en solfångare – en idé som ännu inte har demonstrerats. Men trots alla dessa praktiska utmaningar, teamet anser att denna forskning visar att förnybar energi har ännu mer takpotential än vad man tidigare trott.

"Jag tror att den här tekniken potentiellt kan revolutionera den nuvarande solcellstekniken, " säger Chen. "Om vårt koncept demonstreras och skalas upp, den framtida solcellen kommer att ha två funktioner i en:el och kyla."