Німецькі вчені створили панель яка одночасно виробляє електрику, тепло і охолоджує будівлі

Дослідники з Технологічного інституту Карлсруе під керівництвом доктора Гана Хуана розробили гібридну енергетичну систему, яка в межах однієї поверхні одночасно генерує електрику, виробляє тепло і пасивно охолоджує будівлю. Пристрій поєднує фотоелектричні та сонячно-теплові технології з радіаційним охолодженням, що дозволяє обійтися без окремих систем для кожної з цих функцій.

Головна інженерна проблема полягала в принциповому протиріччі між сонячним колектором і системою охолодження. Перший має максимально поглинати сонячне випромінювання, тоді як другій потрібно залишатися холодною і відводити тепло в навколишнє середовище. Щоб вирішити цей конфлікт, вчені розробили прозорий випромінювач із кремнієвої підкладки з покриттям із силіконового полімеру.

Цей матеріал пропускає сонячне світло всередину системи, водночас випромінюючи теплову енергію у вигляді інфрачервоного випромінювання через так зване атмосферне вікно. Це вузький діапазон довжин хвиль, у якому земна атмосфера добре пропускає теплове випромінювання і дозволяє йому іти безпосередньо в космос.

Під прозорим охолоджувальним шаром розміщена лінза Френеля, яка концентрує сонячне світло на компактному фотоелектричному тепловому колекторі. Він одночасно генерує електрику та нагріває теплоносій. Завдяки такому конструктивному розділенню гаряча частина системи фізично відокремлена від охолоджувального шару, і кожен елемент виконує свою функцію практично без взаємних перешкод — саме так описав принцип роботи докторант Іван Альберто Крус Гарсія, перший автор дослідження.

Під час випробувань прототип показав одразу три вимірювані результати. Система охолоджувалася до 6,5 градуса Цельсія нижче температури навколишнього повітря, забезпечувала питому електричну потужність до 60,6 Вт на квадратний метр, а температура нагріву теплоносія досягала 110,8 градуса Цельсія.

Нова розробка розвиває дослідження команди Гана Хуана, опубліковане 2024 року, в якому вчені створили прозорий матеріал для пасивного охолодження будівель із пропусканням денного світла. Тепер до цієї технології додали збір сонячної енергії, перетворивши одну поверхню на багатофункціональну енергетичну систему. У роботі також взяв участь професор Стенфордського університету Шаньхуей Фань, відомий фахівець у галузі радіаційного охолодження.

За задумом дослідників, такі покриття в майбутньому можна буде застосовувати на дахах і фасадах будівель, перетворюючи їх на активні енергетичні поверхні. Одним із перспективних напрямів є центри обробки даних зі штучним інтелектом, яким одночасно потрібні великі обсяги електроенергії та інтенсивне цілодобове охолодження. Наступним кроком команда планує вдосконалити оптичну конструкцію системи, керування тепловими потоками та сонячні елементи.