© L.A. Cicero / Professor Shanhui Fan und Postdoktorand Wei Li auf dem Packard Electrical Engineering-Gebäude mit dem Gerät, das die Wirksamkeit eines zweischichtigen Solarmoduls beweist.
© L.A. Cicero / Professor Shanhui Fan und Postdoktorand Wei Li auf dem Packard Electrical Engineering-Gebäude mit dem Gerät, das die Wirksamkeit eines zweischichtigen Solarmoduls beweist.

Stanford-Forscher entwickeln Gerät fürs Dach, das Sonnenenergie erzeugen und gleichzeitig kühlen kann

Die neue Erfindung wird Strom aus Sonnenlicht erzeugen und gleichzeitig Wärme ableiten, um damit das Gebäude zu kühlen.

Der Elektroingenieur Shanhui Fan aus Stanford will mit den energieerzeugenden Dachteilen die Energieerzeugung revolutionieren Es ist eine Art 2-schichtiges Solarmodul. Die Deckschicht verwende Standardhalbleitermaterialien, die in Solarzellen zur Energiegewinnung eingesetzt werden, die neuartigen Materialien auf der Unterschicht übernehmen die Kühlaufgabe.

"Wir haben das erste Gerät gebaut, mit dem eines Tages Energie erzeugt und Energie gespart werden könnte, und zwar an derselben Stelle und gleichzeitig, indem zwei sehr unterschiedliche Eigenschaften des Lichts damit gesteuert werden", meint Fan, Seniorautor eines Artikels, der am 8. November in Joule erschien.

Die Sonnenschicht des Gerätes ist nichts Neues. Wir kennen Halbleitermaterialien, die schon lange auf Dächern montiert sind, um sichtbares Licht in Elektrizität umzuwandeln. Die Neuheit liegt in der unteren Schicht des Geräts, die auf Materialien basiert, die Wärme durch ein Verfahren, das als Strahlungskühlung bezeichnet wird, vom Dach in den Innenraum leiten kann.

Bei der Strahlungskühlung geben Objekte - einschließlich unseres eigenen Körpers - Wärme ab, indem sie Infrarotlicht ausstrahlen. Das ist das unsichtbare Licht, das z.B. mit Nachtsichtbrillen erkennbar ist. Normalerweise funktioniert diese Art der Kühlung für Gebäude nicht besonders gut, da die Erdatmosphäre wie eine dicke Decke wirkt und den Großteil der Wärme in der Nähe des Gebäudes einschließt, anstatt sie entkommen zu lassen und letztendlich in die große Kälte des Weltraums zu entweichen

Löcher in der Decke

Die Kühltechnologie von Fan nutzt die Tatsache aus, dass diese dicke atmosphärische Decke im Wesentlichen Löcher hat, durch die eine bestimmte Wellenlänge des infraroten Lichts direkt in den Weltraum gelangen kann. In früheren Arbeiten hatte Fan Materialien entwickelt, die Wärme, die von einem Gebäude abgestrahlt wird, in bestimmte Infrarotwellenlängen umwandeln können, die direkt durch die Atmosphäre strömen können. Diese Materialien geben Wärme in den Weltraum ab und könnten Energie einsparen, die zur Klimatisierung des Innenraums eines Gebäudes erforderlich gewesen wäre. Dasselbe Material ist es, das Fan in seinem neuen Gerät unter die Standard-Sonnenschicht gelegt hat.

Zhen Chen, der die Experimente als Postdoktorand in Fans Labor leitete, sagte, die Forscher bauten einen Prototyp im Durchmesser einer Tortenplatte und montierten ihr Gerät auf dem Dach eines Stanford-Gebäudes. Dann verglichen sie die Temperatur der Umgebungsluft auf dem Dach mit den Temperaturen der oberen und unteren Schicht des Geräts. Das Gerät der obersten Schicht war heißer als die Luft auf dem Dach, was Sinn machte, weil es Sonnenlicht absorbierte. Wie die Forscher hofften, war die unterste Schicht des Geräts jedoch deutlich kühler als die Luft am Dach.

"Dies zeigt, dass Wärme von unten durch die oberste Schicht und in den Weltraum abgestrahlt wurde", sagte Chen, der heute Professor an der Southeast University of China ist. Was sie nicht testen konnten, ist, ob das Gerät auch Strom produziert. Der oberen Schicht in diesem Experiment fehlte die Metallfolie, die normalerweise in Solarzellen zu finden ist, die das Austreten von Infrarotlicht blockiert hätte. Das Team entwirft jetzt Solarzellen, die ohne Metallliner zur Kopplung mit der Kühlschicht arbeiten. "Wir glauben, dass wir ein praktisches Gerät bauen können, das beides tut", sagt Fan.

Die Forschung wurde durch das globale Klima- und Energieprojekt der Stanford University, die National Science Foundation und die National Natural Science Foundation of China unterstützt.


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