一个系统的辐射冷却和太阳能加热，无需电力
厘米(27.5 英寸)的平方，但它最终可以扩大到覆盖屋顶，目的是减少社会对化石燃料进行冷却和加热的依赖。它还可以帮助电力供应有限的社区。
“我们的日常生活非常需要加热和冷却，尤其是在变暖的世界中冷却，”该研究的主要作者、UB工程与应用科学学院电气工程教授甘乔强博士说。
研究团队包括威斯康星大学麦迪逊分校于宗富博士;Boon Ooi，博士，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST);UB 的 Gan 实验室成员和 KAUST 的 Ooi 实验室成员。
系统设计和材料是成功的关键
该系统基本上由两个镜子组成，由 10 层极薄的银和二氧化硅制成，它们被放置成 V 形。
这些镜子吸收入射的阳光，将太阳能从可见光和近红外波转化为热量。镜子还反射来自“发射器”(两个镜子之间的垂直盒子)的中红外波，然后将它们携带的热量反射到天空中。
“由于中央热辐射器的两个表面的热辐射都反射到天空，因此该辐射器的局部冷却功率密度增加了一倍，导致创纪录的高温降低，”甘说。
“大多数辐射冷却系统都会散射太阳能，这限制了系统的冷却能力，”甘说。“即使有完美的光谱选择，环境温度为 25 摄氏度时的冷却功率上限约为每平方米 160 瓦。相比之下，这些系统顶部的太阳能约为每平方米 1000 瓦。简直浪费了。”
衍生公司旨在将技术商业化
Gan 与他人共同创立了一家衍生公司 Sunny Clean Water LLC，该公司正在寻找合作伙伴将这项技术商业化。
“我们系统的关键创新之一是能够在单个系统中分离和保留不同组件的太阳能加热和辐射冷却，”共同第一作者，工程学院电气工程博士生 Lyu Zhou 说。和应用科学。“在夜间，辐射冷却很容易，因为我们没有太阳能输入，所以热辐射就出来了，我们很容易实现辐射冷却。但白天冷却是一个挑战，因为阳光明媚。在这种情况下，你需要找到将太阳能加热与冷却区域分开的策略。”
这项工作建立在 Gan 实验室领导的先前研究的基础上，该研究涉及创建一个锥形系统，用于在拥挤的城市中进行无电冷却以适应气候变化。
“新的双面架构实现了创纪录的局部冷却功率密度超过每平方米 280 瓦。在没有真空隔热的标准大气压下，我们实现了比实验室环境温度低 14.5 摄氏度的温度，并且使用简单的实验系统在室外测试中超过 12 摄氏度，”另一位共同第一作者、工程与应用科学学院电气工程研究助理教授 Haomin Song 博士说。
“重要的是，我们的系统并没有简单地浪费太阳能输入的能量。相反，太阳能被太阳能光谱选择镜吸收，可以用于太阳能热水，这在发展中国家被广泛用作节能装置，”甘说。“它可以在不需要电力的情况下在一个系统中保持太阳能加热和辐射冷却效果。这真的有点像冰和冷杉的‘魔法’系统。”
研究团队将继续研究改进技术的方法，包括研究如何获取足够的太阳能来煮水，使其适合饮用。
这项工作得到了美国国家科学基金会热传输过程计划的资助。
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新能源
2021-06-08
