Un sistema de enfriamiento radiatívo en el techo podría proporcionar energía para iluminación cuando no hay energía solar disponible
Los investigadores han diseñado una fuente de energía modular, de bajo costo y fuera de la red eléctrica, que puede producir energía de manera eficiente durante la noche. El sistema utiliza tecnología disponible en el mercado y podría ayudar a satisfacer la necesidad de iluminación nocturna en áreas urbanas o proporcionar iluminación en países en desarrollo.
Aunque la energía solar aporta muchos beneficios, su uso depende en gran medida de la distribución de la luz solar, que puede ser limitada en muchos lugares y no está disponible en absoluto durante la noche. Los sistemas que almacenan la energía producida durante el día suelen ser caros, lo que aumenta el coste del uso de la energía solar.
Para encontrar una alternativa menos costosa, los investigadores dirigidos por Shanhui Fan de la Universidad de Stanford recurrieron al enfriamiento radiatívo. Este método utiliza la diferencia de temperatura resultante del calor absorbido del aire circundante y el efecto de enfriamiento radiante del espacio frío para generar electricidad.
En la revista Optics Express de la Optical Society (OSA) , los investigadores demuestran teóricamente un método de enfriamiento radiatívo optimizado que puede generar 2,2 vatios por metro cuadrado con un dispositivo instalado en el techo que no requiere una batería ni energía externa. Esto es aproximadamente 120 veces la cantidad de energía que se ha demostrado experimentalmente y suficiente para alimentar sensores modulares como los que se utilizan en aplicaciones de seguridad o ambientales.
«Estamos trabajando para desarrollar una generación de iluminación sostenible y de alto rendimiento que pueda proporcionar a todos, incluso a quienes viven en zonas rurales y en desarrollo, acceso a fuentes de energía de iluminación fiables, sostenibles y de bajo costo», afirmó Lingling Fan, primera autora del artículo. «Una fuente de energía modular también podría alimentar sensores fuera de la red eléctrica que se utilizan en diversas aplicaciones y utilizarse para convertir el calor residual de los automóviles en energía utilizable».
Maximizar la generación de energía
Una de las formas más eficientes de generar electricidad mediante refrigeración radiactiva es utilizar un generador de energía termoeléctrica. Estos dispositivos utilizan materiales termoeléctricos para generar energía convirtiendo las diferencias de temperatura entre una fuente de calor y el lado frío del dispositivo, o enfriador radiactivo, en un voltaje eléctrico.
En el nuevo trabajo, los investigadores optimizaron cada paso de la generación de energía termoeléctrica para maximizar la generación de energía nocturna a partir de un dispositivo que se utilizaría en un tejado. Mejoraron la recolección de energía para que fluya más calor al sistema desde el aire circundante e incorporaron nuevos materiales termoeléctricos disponibles comercialmente que mejoran el uso de esa energía por parte del dispositivo. También calcularon que un generador de energía termoeléctrica que cubra un metro cuadrado de un tejado podría lograr el mejor equilibrio entre pérdida de calor y conversión termoeléctrica.
«Una de las innovaciones más importantes fue el diseño de un emisor selectivo que se coloca en el lado frío del dispositivo», dijo Wei Li, miembro del equipo de investigación. «Esto optimiza el proceso de enfriamiento radiatívo para que el generador de energía pueda deshacerse del calor excesivo de manera más eficiente».
Los investigadores demostraron el nuevo enfoque mediante el uso de modelos informáticos para simular un sistema con parámetros físicos realistas. Los modelos reprodujeron fielmente los resultados experimentales anteriores y revelaron que el sistema optimizado diseñado por los investigadores podría acercarse a lo que se ha calculado como la eficiencia máxima utilizando la conversión termoeléctrica.
Además de realizar experimentos, los investigadores también están examinando diseños óptimos para operar el sistema durante el día, además de la noche, lo que podría ampliar las aplicaciones prácticas del sistema.
Todos estos experimentos fueron realizados bajo apoyo del Departamento de Energía de EE. UU. bajo la subvención n.º DE-FG02-07ER46426.