美研發一機多用太陽能設備,同時加熱製冷有助建築降溫

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 16 日 7:30 | 分類 太陽能 , 材料 , 能源科技 follow us in feedly

隨著極端氣候與全球暖化情形加劇,夏季溫度節節高升,而為了節省能源、不讓電風扇與冷氣成為民眾唯一降溫選項,美國史丹佛大學研發出既可加熱又可幫建築物降溫的雙層太陽能設備,將有助於節能減碳與降低民眾的電費帳單。



將太陽能轉換成熱能並不是一件稀奇的事情,現在就有許多人運用太陽能集中器來增溫,而該技術的亮點在於,若把太陽能雙層設備裝置在屋頂上,在利用太陽能加熱的同時,設備背面可吸收屋頂的熱能,並運用輻射冷卻(radiative cooling)技術把吸收到的熱量以中波長紅外線輻射回外太空,一台機器正反兩面可說是冷熱兩樣情。

熱主要傳遞方式為傳導、對流與輻射,其中只要是體溫高於絕對零度的生物都會釋放熱能,且不需要任何介質,但要把地表上的熱能輻射到外太空並非易事,團隊認為大氣層就像一層厚厚的「毯子」,讓大部分的熱量無法散去。

所幸這條毯子有點脫線跟破洞,大氣層幾乎不會反射、吸收和散射中波長(8~13 微米)的紅外線,因此史丹佛大學得以利用這項機制,並於 2014 年成功運用特殊的輻射冷卻材料,將 97% 的太陽光反彈、把建築物的熱量反射回外太空,在近期開發出全新的太陽能設備。

史丹佛大學電機工程系教授范汕洄(Shanhui Fan)表示,研究已成功打造出可同時運用兩種不同光源、加熱與節能兼具的設備。

且目前太陽能板的光吸收範圍不包含中波段紅外線,把這兩種設備堆疊在一起也不會影響各自的運作效率,因此團隊將矽鍺太陽能吸收層與矽─輻射冷卻材料相結合,上層吸收熱能的同時,還可讓底部的輻射冷卻材料輻射出的中波長紅外線一路通行無阻,而為了不讓兩者溫度混合,科學家也在輻射材料環繞一圈真空設備。

根據團隊在《Jouel》的研究,上層設備吸收太陽能後,溫度會比周邊高出 24°C,而下層的輻射冷卻材料降溫效果良好,溫度會低於 29°C,但實驗尚未公布該設備的壽命與耐用性。

雙層太陽能設備或許有助於減少空調與電風扇使用頻率,但現在看來這一裝置成本高,很難等比例放大,而史丹佛大學指出,這並不是團隊的唯一目標,未來還會致力於開發出「上層可發電、下方製冷」的太陽能系統,這樣一來也更加符合目前的能源需求。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:史丹佛大學