A medida que los métodos energéticos tradicionales aumentan de costo y afectan el medio ambiente, los investigadores de Penn State están recurriendo a dos recursos renovables subutilizados, el sol y el espacio exterior, en busca de soluciones para generar electricidad y enfriar pasivamente estructuras.
por Mariah R. Lucas, Universidad Estatal de Pensilvania
Dirigido por Linxiao Zhu, profesor asistente de ingeniería mecánica, el equipo desarrolló y probó una estrategia dual de enfriamiento y energía que simultáneamente recolecta energía solar en una célula solar y dirige el calor lejos de la Tierra a través del enfriamiento radiativo. Publicaron su solución energética, que es más eficiente que cualquiera de los componentes por sí solos, el 13 de marzo en Cell Reports Physical Science .
El enfriamiento radiativo funciona enviando luz infrarroja directamente al espacio exterior de manera instantánea sin calentar el aire circundante. Zhu utilizó una cámara térmica para ayudar a explicar el concepto.
La luz infrarroja invisible y portadora de calor sólo puede verse a través de una cámara térmica, que utiliza el color para mostrar la temperatura que emite un objeto. Un cuerpo humano se ilumina en naranja o rojo, lo que indica una temperatura más alta, por ejemplo, mientras que una ventana en un día frío se ilumina en azul, lo que indica una temperatura más baja. La radiación infrarroja térmica, también conocida como radiación de cuerpo negro , es la energía que las personas y los objetos desprenden cuando se enfrían.
«En el enfriamiento radiativo, la luz infrarroja irradia desde una pieza de vidrio transparente con bajo contenido de hierro», dijo Zhu. «La luz rebota en el cristal, atraviesa la atmósfera sin calentar el aire circundante y aterriza en el espacio exterior, al que llamamos universo frío».
Este proceso, a su vez, enfría la superficie del enfriador radiativo. Luego, esa capacidad de enfriamiento puede dirigirse hacia un objeto, como el interior de un edificio o un refrigerador.
El enfriamiento radiativo diurno se inventó hace una década y se está desarrollando como un método emergente de enfriamiento sin emisiones de carbono. Como estudiante de doctorado en la Universidad de Stanford en 2014, Zhu formó parte del equipo de investigación que desarrolló por primera vez el enfriamiento radiativo diurno .
«Por la noche y durante el día, el enfriador radiativo funciona como un aire acondicionado natural las 24 horas del día, los 7 días de la semana», dijo el primer autor Pramit Ghosh, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en Penn State. «Incluso en un día caluroso, el refrigerador radiativo está frío al tacto.»
Debajo del enfriador radiativo, los investigadores colocaron un panel solar, de modo que durante las horas del día, la luz del sol pase a través del enfriador radiativo transparente y sea absorbida por la célula solar para generar electricidad.
Los investigadores probaron su sistema el verano pasado en el Centro de Experiencia en Sostenibilidad del Penn State Sustainability Institute. Descubrieron que el beneficio combinado de la generación de electricidad y la refrigeración del sistema de recolección dual podría superar el ahorro de electricidad de una célula solar desnuda hasta en un 30%. En otras palabras, recolectar los recursos juntos como un par supera el rendimiento de usar cualquiera de los recursos por separado.
«Según estos resultados experimentales, el uso conjunto de los dos recolectores tiene el potencial de superar significativamente el rendimiento de una célula solar desnuda, que es una tecnología clave de energía renovable», afirmó Zhu.
La otra ventaja es el tamaño de la unidad: como las dos cosechadoras están apiladas, ocupan un espacio mínimo en el tejado o en el suelo.
«Al mismo tiempo y en el mismo lugar, podemos explotar juntos estos recursos renovables, las 24 horas del día», afirmó Ghosh.
Más información: Pramit Ghosh et al, Enfriamiento radiativo diurno subambiente simultáneo y generación de energía fotovoltaica desde la misma área, Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101876
