Используя физический принцип радиационного охлаждения неба, команда смогла собрать небольшое, но полезное количество энергии из холодного ночного неба, используя простое, недорогое и некритичное устройство.
Поделиться этой страницей в:
Способы сбора «бесплатной» энергии часто могут показаться колдовскими, даже если они основаны на твердых законах физики. Судите сами: команда, возглавляемая Аасватом Раманом (Aaswath Raman, Рисунок 1), доцентом материаловедения и инженерии Самуэльской школы инженерии в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (UCLA), совместно с докторантом Вей Ли (Wei Li) и профессором электротехники Шаньху Фаном (Shanhui Fan), работающими в Стэнфордском университете, продемонстрировала недорогой, простой и надежный способ извлечения небольшого количества энергии из холодного темного ночного неба.
Рисунок 1.
Аасват Раман. Самуэльская школа инженерии.
Нет, это вовсе не какое-то шаманство или очередной вечный двигатель. Для сбора небольших, но пригодных для использования количеств энергии в ночное время, которое, очевидно, для солнечных элементов является бесполезным, они применили хорошо известный теплофизический принцип радиационного охлаждения неба.
Радиационное охлаждение неба – это процесс, при котором поверхность, обращенная к небу, отдает тепло в воздух в форме лучистого переноса. Часть этой тепловой энергии в конечном итоге поднимается в верхние слои атмосферы, а затем в более холодные области космоса. (Если вы когда-нибудь задумывались об этих явлениях, то именно поэтому при небольших плюсовых температурах по ночам на траве образуется иней, а на ветровых стеклах автомобилей даже в ясную ночь появляются капли воды).
Технология сбора энергии основана на разности температур и улавливает часть тепла из окружающего воздуха, которое в противном случае ушло бы в небо. Затем тепло преобразуется в электрическую энергию с помощью простого, недорогого (порядка $30), надежного и не требующего обслуживания устройства (см. Рисунок 2).
Рисунок 2.
Простота схемы, использующей радиационное охлаждение неба для сбора энергии, очевидна из блок-схемы (а). Устройство настроено для «полевых» (на самом деле на крыше) испытаний (б). Фото: UCLA.
Оно состоит из пенопластового корпуса около одного метра в поперечнике, для минимизации теплового излучения покрытого алюминизированным майларом и накрытого прозрачной для инфракрасных лучей ветрозащитной крышкой, расположенного на столе на высоте одного метра над уровнем крыши. Устройство извлекало тепло из окружающего воздуха и выпускало его в ночное небо через простой черный излучатель, представлявший собой алюминиевый диск, выкрашенным в черный цвет со стороны, обращенной к небу.
Термоэлектрический генератор, установленный под диском на алюминиевом блоке с дополнительными радиаторами для охлаждения, превращал это тепло в электричество. Все устройство сбора энергии было сделано из стандартных деталей, которые можно приобрести в магазинах для радиолюбителей или у дистрибьюторов электронных компонентов.
Количество собираемой мощности было очень небольшим – порядка 25 мВт/м2, однако разработчики считают, что в жарком и сухом климате, где эффект радиационного охлаждения сильнее, оно может быть увеличено в 20 раз до 0.5 Вт/м2. Такое количество энергии может не только зажечь небольшой светодиод; этот свет, «созданный» из темноты космоса, может также использоваться для подзарядки аккумуляторов или ионисторов в приложениях сбора данных, в которых длинные периоды глубокого сна перемежаются с редкими сеансами сбора и вывода данных. (Не обращайте внимания на фантастические публикации в некоторых нетехнических средствах массовой информации, будто этим устройством сбора энергии вы могли бы покрыть крышу и обеспечить электричеством весь свой дом).
«Мы думаем, что это интригующая демонстрация того, как холод космоса может быть использован в качестве возобновляемого энергетического ресурса, который дает нам скромное, но пригодное к использованию количество электроэнергии, – говорит Раман. – Мы считаем, что это также может послужить основой технологии, дополняющей солнечную энергетику. Хотя выходная мощность всегда будет существенно ниже, чем у солнечных устройств, эта новая технология может работать в те часы, когда не могут работать солнечные элементы».
Работа, поддержанная Министерством энергетики США, подробно изложена в статье Рамана «Генерировании света из тьмы» [1]. (Без сомнения, это одно из самых коротких, интригующих и наиболее читаемых названий научной статьи, которую я когда-либо видел). Это не первое их исследование в области использования радиационного охлаждения. В предыдущей статье в [2] исследовалось использование того же принципа для охлаждения зданий на несколько градусов ниже температуры окружающей среды.
На главную
