Шаньхуэй Фань (Shanhui Fan) совместно с коллегами по Стэнфордскому университету (США) продемонстрировал новый способ охлаждения солнечных батарей, устанавливаемых на крышах домов. Соответствующая работа была опубликована в текущем номере Proceedings of the National Academy of Sciences.

Охлаждение зданий является одной из главных статей расхода электроэнергии в современном мире. В прошлом году команда Шаньхуэй Фаня попробовала сделать подобное охлаждение пассивным. Сходная схема применяется на Международной космической станции, нагреваемой солнечными лучами и при этом лишенной возможности задействовать для охлаждения конвекцию, как это делают постройки на Земле. На МКС (как и в скафандрах для открытого космоса) для этого используется система пассивных радиаторов, излучающих в инфракрасном диапазоне и тем самым охлаждающих свое содержимое. В полном соответствии с законами термодинамики, охлаждать радиаторами можно лишь тогда, когда окружающая среда, куда они сбрасывают свое ИК-излучение, холоднее охлаждаемого объекта.

В космосе этого добиться легко, ведь его температура обычно не превышает 270 градусов ниже нуля. Но что делать на Земле? Шаньхуэй Фань предложил использовать космическое пространство для сброса избытков тепловой энергии. В его схеме использовалось специальное покрытие, состоящее из серии кварцевых нанопятен различных форм и размеров. Пятна по размеру делались такими, чтобы они могли излучать электромагнитные волны лишь в строго определенном диапазоне, длиной от 8 до 30 микрон. Именно в этой части спектра лежит так называемое окно прозрачности земной атмосферы: она не может задерживать излучение, имеющее такую длину волны. Соответственно, излучение почти беспрепятственно уходит в околоземный космос.

В результате эксперимента удалось охладить здание, оснащенное такими радиаторами, до температур на несколько градусов ниже температуры окружающего воздуха. Одна беда: в современном мире набирает популярность тенденция устанавливать солнечные батареи на крыши домов. Очевидно, что охлаждающее покрытие, излучающее лишнюю тепловую энергию в космос, должно вступить с ними в соревнование за место под солнцем.

В своей новой работе Шаньхуэй Фань обратил внимание именно на эту проблему. Новый фотонный кристалл, созданный его группой на базе кварца, сохранил свои охлаждающие возможности, но теперь является еще и полностью прозрачным для видимого света, который поглощают солнечные батареи. В серии опытов удалось показать, что он не только не мешает генерировать электричество из света, но и охлаждает покрытый им макет солнечных батарей на несколько градусов. Как известно, перегрев снижает КПД фотоэлементных панелей, а охлаждение, напротив, увеличивает его.

В результате, по подсчетам авторов работы, КПД стандартных кремниевых фотоэлементов, покрытых новым фотонным кристаллом на базе кварца, в нормальных условиях вырастет с 20 до примерно 21%. Параллельно решается и проблема охлаждения здания, на котором установлены эти солнечные батареи.

Отмечается, что такое покрытие может пригодиться не только на крышах. Прозрачный слой пассивного охладителя можно наносить и на поверхность автомобилей, не меняя цвет его заводской окраски и попутно охлаждая транспортное средство без помощи кондиционера – причем даже в то время, когда машина находится на стоянке с выключенным мотором.

Массажный шлем

Браслет Mi Band 2