Ύφασμα με ηλιακή ενέργεια δροσίζει την ημέρα και ζεσταίνεται τη νύχτα - Physics World

Ερευνητές στην Κίνα αποκάλυψαν μια νέα ιδέα για ρούχα με ηλιακή ενέργεια που μπορεί να ρυθμίσει τη θερμοκρασία του σώματος του χρήστη. Δημιουργήθηκε από τον Ziyuan Wang και τους συνεργάτες του στο Πανεπιστήμιο Nankai, ο σχεδιασμός συνδυάζει ηλεκτροθερμιδικές συσκευές με υπερσύγχρονα εύκαμπτα ηλιακά κύτταρα. Η ομάδα περιγράφει την προσέγγισή της σε ένα έγγραφο στο Επιστήμη.

Τα ενδύματα θερμορύθμισης στοχεύουν στη διατήρηση του σώματος σε μια ασφαλή και άνετη θερμοκρασία σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων. Γενικά, χωρίζεται σε δύο κατηγορίες, την παθητική και την ενεργητική. Η παθητική θερμορύθμιση χρησιμοποιεί υλικά που εκμεταλλεύονται τις επιδράσεις όπως η απορρόφηση, η ακτινοβολία και η λανθάνουσα θερμότητα των μεταπτώσεων φάσης για να κρατούν τους χρήστες τους άνετους.

Ένα βασικό πλεονέκτημα μιας παθητικής προσέγγισης είναι ότι δεν απαιτείται εξωτερική πηγή ενέργειας. Ωστόσο, η παθητική θερμορύθμιση συνήθως πηγαίνει προς μία κατεύθυνση με τα ρούχα να έχουν είτε ψύξη είτε θερμαντική επίδραση – αλλά όχι και τα δύο.

Ενεργειακή πρόκληση

Η αμφίδρομη θερμορύθμιση επιτυγχάνεται συνήθως με τη χρήση ενεργών υλικών που χρησιμοποιούν μηχανισμούς όπως η κυκλοφορία ψυκτικού και τα κανάλια ρευστών για την επίτευξη ταχείας θέρμανσης και ψύξης. Αυτά τα συστήματα τροφοδοτούνται συνήθως από μπαταρίες, οι οποίες προσθέτουν βάρος και πρέπει να επαναφορτιστούν. Κατ' αρχήν, ωστόσο, θα μπορούσαν επίσης να τροφοδοτούνται με τη συλλογή ενέργειας από τον Ήλιο – αλλά αυτό έχει αποδειχθεί μια σημαντική σχεδιαστική πρόκληση.

«Λόγω της υψηλής τους κατανάλωσης ενέργειας, είναι δύσκολο για τα ενεργά συστήματα να διατηρήσουν τη συνεχή θερμορύθμιση του ανθρώπινου σώματος για μεγάλο χρονικό διάστημα μέσω φορητών, βιώσιμων συσκευών συλλογής ενέργειας», οι Xingyi Huang και Pengli Li στο Πανεπιστήμιο Shanghai Jiao Tong γράφω σε α σχολιαστικό άρθρο in Επιστήμη που συνοδεύει το χαρτί του Wang.

Για να αντιμετωπίσει αυτή την πρόκληση, η ομάδα του Wang άντλησε από τις τελευταίες εξελίξεις στα ευέλικτα οργανικά φωτοβολταϊκά. Σήμερα, αυτές οι ηλιακές κυψέλες μπορούν να διατηρήσουν υψηλές αποδόσεις μετατροπής ακόμη και όταν συστρέφονται σε διαφορετικά σχήματα.

«Εάν μια τέτοια εξαιρετικά αποδοτική και ευέλικτη οργανική φωτοβολταϊκή μονάδα μπορούσε να ενσωματωθεί με ένα κατάλληλο σύστημα διαχείρισης θερμότητας, τότε θα μπορούσε να επιτευχθεί στιβαρή, αυτοσυντηρούμενη και θερμορρυθμιζόμενη ενδυμασία», προβλέπουν οι Huang και Li.

Ευέλικτη ηλεκτροθερμιδική μονάδα

Στη μελέτη τους, ο Wang και οι συνεργάτες του κατασκεύασαν ένα μικρό κομμάτι από φορετό υλικό ενσωματώνοντας ένα εύκαμπτο ηλιακό στοιχείο σε μια εύκαμπτη ηλεκτροθερμιδική μονάδα. Η τελευταία είναι μια συσκευή που υφίσταται αναστρέψιμες αλλαγές θερμοκρασίας ως απόκριση στα εφαρμοζόμενα ηλεκτρικά πεδία.

Όταν τοποθετηθεί στο ηλιακό φως, το ηλιακό κύτταρο συγκέντρωσε περισσότερη από αρκετή ενέργεια ώστε η ηλεκτροθερμιδική μονάδα να ψύχει το δέρμα του χρήστη έως και 10 βαθμούς σε ζεστό καιρό. Οποιαδήποτε περίσσεια ενέργειας μπορεί να αποθηκευτεί σε μια μικρή ξεχωριστή μπαταρία. Στο σκοτάδι, η συσκευή μπορεί να τεθεί σε λειτουργία θέρμανσης και η αποθηκευμένη ενέργεια να χρησιμοποιηθεί για να ζεστάνει το δέρμα του χρήστη έως και τρεις βαθμούς. Συνολικά, η συσκευή  μπορεί να επιτύχει θερμορύθμιση σε μια περίοδο 24 ωρών.

«Με την εξαιρετική απόδοση θερμικής διαχείρισης, την εύκολη εναλλαγή της κατεύθυνσης θερμικής διαχείρισης και τον βέλτιστο έλεγχο θερμοκρασίας, η ομάδα του Wang έχει επιδείξει ρούχα που επιτρέπουν στο ανθρώπινο σώμα να προσαρμοστεί στις αλλαγές της θερμοκρασίας περιβάλλοντος», λένε οι Huang και Li.

Με την ενσωμάτωση αυτής της τεχνολογίας σε φορετά υφάσματα, η ομάδα του Wang ελπίζει ότι η καινοτομία της θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα γενιά πρακτικών ενδυμάτων με ηλιακή ενέργεια που βοηθούν τους χρήστες να προσαρμοστούν σε πολύπλοκα και απαιτητικά περιβάλλοντα.

Με την ενεργή θερμορύθμισή της, η συσκευή θα μπορούσε να επιτρέψει στους χρήστες να αντέξουν τις καυτές ερήμους, τις παγωμένες πολικές περιοχές και πολλά κλίματα με γρήγορες μεταβολές της θερμοκρασίας. Θα μπορούσε ακόμη και να προσαρμοστεί για χρήση στο διάστημα, όπου οι θερμοκρασίες γίνονται εξαιρετικά καυτές στο άμεσο ηλιακό φως, αλλά πέφτουν κατακόρυφα στη σκιά.

«Πέρα από τα ρούχα, τέτοιες συσκευές θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σε οχήματα και κτίρια», προσθέτουν οι Huang και Li. «Είναι δυνατό να φανταστούμε ένα μέλλον θερμικής διαχείρισης παντός καιρού που δεν περιορίζεται από την παροχή ενέργειας και όπου η επιπλέον συλλεγόμενη ενέργεια θα μπορούσε ακόμη και να τροφοδοτήσει ηλεκτρονικές συσκευές υπό ειδικές συνθήκες».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/