(Phys.org) – Ett team från Stanford har designat en helt ny form av kylpanel som fungerar även när solen skiner. En sådan panel skulle kunna avsevärt förbättra dagsljuskylningen av byggnader, bilar och andra strukturer genom att stråla solljus tillbaka in i rymdens kyliga vakuum.

Hem och byggnader kylda utan luftkonditionering. Bilinredning som inte värmer i sommarsolen. Knacka på de kalla vidderna i yttre rymden för att kyla planeten. Science fiction, du säger? Väl, kanske inte längre.

Ett team av forskare vid Stanford har designat en helt ny form av kylstruktur som kyler även när solen skiner. En sådan struktur kan avsevärt förbättra dagsljuskylningen av byggnader, bilar och andra strukturer genom att reflektera solljus tillbaka in i rymdens kyliga vakuum. Deras papper som beskriver enheten publicerades 5 mars i Nanobokstäver .

"Människor ser vanligtvis rymden som en värmekälla från solen, men borta från solen är yttre rymden verkligen en kall, kall plats, " förklarade Shanhui Fan, professor i elektroteknik och tidningens seniorförfattare. "Vi har utvecklat en ny typ av struktur som reflekterar den stora majoriteten av solljus, samtidigt som det skickar värme in i den kylan, som kyler konstgjorda strukturer även på dagtid."

Tricket, ur teknisk synvinkel, är dubbelt. Först, reflektorn måste reflektera så mycket av solljuset som möjligt. Dåliga reflektorer absorberar för mycket solljus, värms upp i processen och motverkar syftet med kylning.

Den andra utmaningen är att strukturen effektivt måste utstråla värme tillbaka till rymden. Således, strukturen måste avge termisk strålning mycket effektivt inom ett specifikt våglängdsområde där atmosfären är nästan transparent. Utanför detta intervall, Jordens atmosfär reflekterar helt enkelt ljuset tillbaka ner. De flesta känner till detta fenomen. Det är mer känt som växthuseffekten – orsaken till globala klimatförändringar.

Två mål i ett

Den nya strukturen uppnår båda målen. Det är en effektiv bredbandsspegel för solljus - den reflekterar det mesta av solljuset. Den avger också termisk strålning mycket effektivt inom det avgörande våglängdsområde som behövs för att undkomma jordens atmosfär.

Strålningskylning nattetid har studerats omfattande som en begränsningsstrategi för klimatförändringar, ändå uppstår toppbehovet för kylning på dagtid.

"Ingen hade ännu kunnat övervinna utmaningarna med strålningskylning på dagtid - att kyla när solen skiner, sade Eden Rephaeli, en doktorand i Fans labb och en medförfattare till uppsatsen. "Det är ett stort hinder."

Stanford-teamet har lyckats där andra har kommit till korta genom att vända sig till nanostrukturerade fotoniska material. Dessa material kan konstrueras för att förbättra eller undertrycka ljusreflektion i vissa våglängder.

"Vi har tagit ett helt annat tillvägagångssätt jämfört med tidigare insatser på detta område, " sa Aaswath Raman, en doktorand i Fans labb och en medförfattare till uppsatsen. "Vi kombinerar värmesändaren och solreflektorn till en enhet, vilket gör den både högre prestanda och mycket mer robust och praktiskt relevant. Särskilt, vi är väldigt glada eftersom den här designen gör det möjligt att använda både industriella och off-grid-applikationer."

Med hjälp av konstruerade nanofotoniska material kunde teamet kraftigt undertrycka hur mycket värmeinducerande solljus panelen absorberar, medan den utstrålar värme mycket effektivt inom det nyckelfrekvensområde som krävs för att undkomma jordens atmosfär. Materialet är tillverkat av kvarts och kiselkarbid, båda mycket svaga absorbenter av solljus.

Netto kyleffekt

Den nya enheten kan uppnå en nettokyleffekt på över 100 watt per kvadratmeter. Som jämförelse, dagens standard 10 procent effektiva solpaneler genererar ungefär samma mängd ström. Det betyder att Fans radiativa kylpaneler teoretiskt sett skulle kunna ersättas på hustak där befintliga solpaneler matar elektricitet till luftkonditioneringssystem som behövs för att kyla byggnaden.

För att uttrycka det på ett annat sätt, en typisk enberättelse, Enfamiljshus med bara 10 procent av taket täckt av strålningskylningspaneler skulle kunna kompensera 35 procent av hela sitt luftkonditioneringsbehov under sommarens varmaste timmar.

Radiativ kylning har en annan stor fördel jämfört med alla andra kylningsstrategier som luftkonditionering. Det är en passiv teknik. Det kräver ingen energi. Den har inga rörliga delar. Det är lätt att underhålla. Du sätter den på taket eller sidorna av byggnader och den börjar fungera direkt.

En föränderlig vision om kylning

Utöver de kommersiella implikationerna, Fan och hans medarbetare förutser en bred potentiell social påverkan. En stor del av den mänskliga befolkningen på jorden lever i soldränkta områden hopkurade runt ekvatorn. Elektrisk efterfrågan för att driva luftkonditioneringsapparater skjuter i höjden på dessa platser, utgör en ekonomisk och en miljömässig utmaning. Dessa områden tenderar att vara fattiga och den kraft som krävs för att driva kylning innebär vanligtvis fossilbränslekraftverk som förvärrar växthusgasproblemet.

"Förutom dessa regioner, vi kan förutse tillämpningar för radiativ kylning i områden utanför elnätet i utvecklingsländerna där luftkonditionering inte ens är möjlig just nu. Det finns ett stort antal människor som skulle kunna dra nytta av sådana system, " sa Fan.