Los investigadores diseñan un sistema eficiente y de bajo costo para producir energía por la noche
El sistema de enfriamiento radiativo de los techos podría proporcionar energía de iluminación cuando la energía solar no está disponible
Los investigadores han diseñado una fuente de energía modular de bajo costo, fuera de la red, que puede producir energía de manera eficiente durante la noche. El sistema utiliza tecnología comercialmente disponible y podría eventualmente ayudar a satisfacer la necesidad de iluminación nocturna en las zonas urbanas o proporcionar iluminación en los países en desarrollo.
Los investigadores han diseñado una fuente de energía modular de bajo costo, fuera de la red, que utiliza enfriamiento radiativo para producir eficientemente energía para la iluminación nocturna.
Lingling Fan and Wei Li, Stanford University
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 por la noche. Los sistemas que almacenan la energía producida durante el día suelen ser caros, lo que eleva el costo de la utilización de la energía solar.
Para encontrar una alternativa menos costosa, los investigadores dirigidos por Shanhui Fan de la Universidad de Stanford buscaron el enfriamiento radiativo. Este enfoque 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 Sociedad Óptica (OSA), los investigadores demuestran teóricamente un enfoque de enfriamiento radiativo optimizado que puede generar 2,2 vatios por metro cuadrado con un dispositivo en el techo que no requiere una batería o ninguna energía externa. Esto es unas 120 veces la cantidad de energía que se ha demostrado experimentalmente y suficiente para alimentar sensores modulares como los utilizados en aplicaciones de seguridad o medioambientales.
"Estamos trabajando para desarrollar una generación de iluminación de alto rendimiento y sostenible que pueda proporcionar a todos -incluidos los de las zonas rurales y en desarrollo- el acceso a fuentes de energía de iluminación fiables y sostenibles de bajo coste", dijo Lingling Fan, primer autor del documento. "Una fuente de energía modular también podría alimentar los sensores fuera de la red utilizados 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 usando el enfriamiento radiativo es usar 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 radiativo, 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 aprovechamiento de esa energía por parte del dispositivo. También calcularon que un generador de energía termoeléctrica que cubriera un metro cuadrado de un tejado podría lograr el mejor equilibrio entre la pérdida de calor y la conversión termoeléctrica.
"Una de las innovaciones más importantes fue el diseño de un emisor selectivo que se fija en el lado frío del dispositivo", dijo Wei Li, un miembro del equipo de investigación. "Esto optimiza el proceso de enfriamiento radiativo para que el generador de energía pueda deshacerse más eficientemente del calor excesivo".
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 podía acercarse a lo que se ha calculado como la máxima eficiencia utilizando la conversión termoeléctrica.
Además de llevar a cabo 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.
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