Využití nočního chlazení pro výrobu energie
Ve jasných nocích Země vyzařuje teplo do vesmíru. Inženýři z Kalifornské univerzity v Davisu prokázali, že tento přirozený proces chlazení může generovat stálý tok energie.
Jejich malý motor umístěný venku využíval noční oblohu jako studenou nádrž, udržoval během noci významný teplotní rozdíl a byl schopen poskytnout dostatek energie k pohonu malého ventilátoru. Tato studie demonstruje novou metodu využívání noční energie pomocí pasivní fyziky.
Jak zařízení funguje
Výzkum vedl Dr. Jeremy Munday, odborník na fotoniku pro čistou energii a radiativní tepelné zařízení. Během jasných nocí obloha funguje jako „zariadení chladničky“, které přitahuje energii prostřednictvím radiativního chlazení — teplo se ztrácí do vesmíru ve formě infračerveného záření.
Plocha směřující k obloze, která silně vyzařuje, může dosáhnout teplot pod teplotu vzduchu bez použití čerpadel nebo kompresorů. Radiátor chladí prostřednictvím atmosférického okna — rozsahu vlnových délek, ve kterých je atmosféra téměř průhledná pro infračervené záření.
Spodní deska zařízení sleduje teplotu půdy, která se v průběhu noci mění, a tato stabilita pomáhá motoru pracovat, zatímco horní deska ztrácí teplo do vesmíru.
Výsledky experimentů
Na univerzitě v Davisu systém udržoval teplotní rozdíl přibližně 18 °F (-7,8 °C) mezi teplou a studenou deskou po delší časové období. To bylo dostatečné k tomu, aby motor fungoval téměř při jedné otáčce za sekundu a generoval využitelnou mechanickou energii. Tým odhaduje, že pomocí lepších komponentů lze dosáhnout několika wattů na metr čtvereční. V jednom testu zařízení přímo uvedlo do pohybu ventilátor a s malým připojeným motorem generovalo také skromný elektrický proud.
„Tyto motory jsou velmi účinné, i když jsou teplotní rozdíly malé. Pokud jej jednoduše položíte na stůl, nebude produkovat energii samo,“ řekl Munday.
Faktory ovlivňující výkon
Suchý vzduch a jasná obloha pomáhají radiátoru uvolňovat teplo, zatímco vlhké noci snižují efekt, protože vodní páry vyzařují v těchto samých infračervených pásmech. Globální mapy vytvořené na základě dat NASA ukazují oblasti, kde je infračervené záření z oblohy nejnižší, což podporuje větší teplotní rozdíly. Data o teplotě povrchu země, získaná pomocí nástroje MODIS, poskytují teplou část rovnice. Největší potenciál se objevuje v suchých a vysokohorských oblastech.
Co může noční obloha pohánět
Experiment ukázal pohyb vzduchu přibližně 0,3 m/s v prostředí podobném skleníku, což je dostatečné pro cirkulaci oxidu uhličitého kolem listů. To odpovídá komfortním rychlostem uvedeným v normách ASHRAE (0,15–0,21 m/s). Byly také získány průtoky vzduchu blízké 0,14 m³/min/osobu, což je relevantní pro ventilaci veřejných prostor.
Stirlingovy motory
Stirlingův motor, externí motor, který překladá teplotní rozdíl na pohyb pomocí uzavřeného plynu, funguje dobře i při malých teplotních rozdílech. Používá dva písty a regenerator k přesunu plynu mezi teplými a studenými oblastmi, takže plyn se rozšiřuje a kontrahuje, udržujíc setrvačník v pohybu. Účinnost je omezena účinností Carnota, ale systém UC Davis funguje efektivně při malých rozdílech, díky nízkým ztrátám při mírných tlakových variacích.
Rozvoj systémů noční energie
Výkon může být zvýšen lepším spojení radiátoru s oblohou a teplé desky se zemí. Speciální vrstvy a tenké filmy mohou zvýšit emisi v atmosférickém okně a odrážet sluneční světlo během dne. Vakuová vrstva by omezila ztráty konvekcí. Lepší tepelný kontakt se zemí nebo vodou může zvýšit teplotní rozdíl bez zvětšení radiátoru. Snížení tření a přizpůsobení motoru na točivý moment a otáčky zvyšují elektrický výkon. Také je možné využít zbytkové teplo z farem nebo továren pro teplou část motoru.
Noční energetické potřeby
Spuštění ventilátoru bez připojení k síti může vypadat skromně, ale pokrývá skutečné potřeby: skleníky potřebují stálý pohyb vzduchu pro absorpci CO₂ a regulaci vlhkosti; budovy potřebují mírný proud vzduchu pro pohodlí i tehdy, když jsou topné nebo chladicí systémy nečinné. Globální mapy použité v této studii se zakládají na infračerveném záření přicházejícím z výšky a na teplotě půdy, stanovující strop teplotního rozdílu, který radiátor může dosáhnout. Jako jakýkoli pasivní systém se produkce liší v závislosti na počasí, stínu, větru a materiálech.
