Os pesquisadores projetaram um off-grid, fonte de energia modular de baixo custo que pode produzir energia com eficiência à noite. O sistema usa tecnologia disponível comercialmente e pode, eventualmente, ajudar a atender à necessidade de iluminação noturna em áreas urbanas ou fornecer iluminação em países em desenvolvimento.

Embora a energia solar traga muitos benefícios, seu uso depende muito da distribuição da luz solar, que pode ser limitado em muitos locais e está completamente indisponível à noite. Os sistemas que armazenam energia produzida durante o dia são normalmente caros, aumentando assim o custo do uso de energia solar.

Para encontrar uma alternativa menos cara, pesquisadores liderados por Shanhui Fan, da Universidade de Stanford, analisaram o resfriamento radiativo. Essa abordagem usa a diferença de temperatura resultante do calor absorvido do ar circundante e o efeito de resfriamento radiante do espaço frio para gerar eletricidade.

No jornal The Optical Society (OSA) Optics Express , os pesquisadores teoricamente demonstram uma abordagem otimizada de resfriamento radiativo que pode gerar 2,2 Watts por metro quadrado com um dispositivo de telhado que não requer bateria ou qualquer energia externa. Isso é cerca de 120 vezes a quantidade de energia que foi demonstrada experimentalmente e suficiente para alimentar sensores modulares, como os usados ​​em aplicações ambientais ou de segurança.

"Estamos trabalhando para desenvolver alto desempenho, geração de iluminação sustentável que pode fornecer a todos - incluindo aqueles em áreas em desenvolvimento e rurais - acesso a fontes de energia de iluminação de baixo custo confiáveis ​​e sustentáveis, "disse Lingling Fan, primeiro autor do artigo. "Uma fonte de energia modular também pode alimentar sensores fora da rede usados ​​em uma variedade de aplicações e ser usada para converter o calor residual dos automóveis em energia utilizável."

Maximizando a geração de energia

Uma das maneiras mais eficientes de gerar eletricidade usando resfriamento radiativo é usar um gerador de energia termoelétrica. Esses dispositivos usam materiais termoelétricos para gerar energia, convertendo as diferenças de temperatura entre uma fonte de calor e o lado frio do dispositivo, ou refrigerador radiativo, em uma voltagem elétrica.

No novo trabalho, os pesquisadores otimizaram cada etapa da geração de energia termoelétrica para maximizar a geração de energia noturna de um dispositivo que seria usado em um telhado. Eles melhoraram a captação de energia para que mais calor flua do ar circundante para o sistema e incorporar novos materiais termoelétricos disponíveis comercialmente que melhoram o quão bem essa energia é usada pelo dispositivo. Eles também calcularam que um gerador de energia termoelétrica cobrindo um metro quadrado de um telhado poderia atingir o melhor equilíbrio entre perda de calor e conversão termoelétrica.

"Uma das inovações mais importantes foi projetar um emissor seletivo que é conectado ao lado frio do dispositivo, "disse Wei Li, um membro da equipe de pesquisa. "Isso otimiza o processo de resfriamento radiativo para que o gerador de energia possa se livrar de forma mais eficiente do calor excessivo."

Os pesquisadores demonstraram a nova abordagem usando modelagem de computador para simular um sistema com parâmetros físicos realistas. Os modelos reproduziram fielmente os resultados experimentais anteriores e revelaram que o sistema otimizado projetado pelos pesquisadores poderia chegar perto do que foi calculado como a eficiência máxima por conversão termoelétrica.

Além de realizar experimentos, os pesquisadores também estão examinando projetos ideais para operar o sistema durante o dia, além da noite, que poderia expandir as aplicações práticas do sistema.