Tkanina zasilana energią słoneczną chłodzi w dzień i ogrzewa w nocy – Świat Fizyki

Naukowcy z Chin zaprezentowali nową koncepcję odzieży zasilanej energią słoneczną, która może regulować temperaturę ciała użytkownika. Stworzony przez Ziyuana Wanga i współpracowników w Uniwersytet Nankaiprojekt łączy urządzenia elektrokaloryczne z najnowocześniejszymi elastycznymi ogniwami słonecznymi. Zespół opisuje swoje podejście w artykule w nauka.

Odzież termoregulacyjna ma na celu utrzymanie ciała w bezpiecznej i komfortowej temperaturze w szerokim zakresie środowisk. Ogólnie rzecz biorąc, dzieli się na dwie kategorie: pasywne i aktywne. Pasywna termoregulacja wykorzystuje materiały wykorzystujące efekty obejmujące absorpcję, promieniowanie i ciepło utajone przejść fazowych, aby zapewnić użytkownikom wygodę.

Kluczową zaletą podejścia pasywnego jest to, że zewnętrzne źródło zasilania nie jest potrzebne. Jednakże pasywna termoregulacja zwykle zmierza w jednym kierunku, a odzież ma działanie chłodzące lub ocieplające – ale nie oba.

Wyzwanie energetyczne

Dwukierunkową termoregulację uzyskuje się zwykle przy użyciu materiałów aktywnych, które wykorzystują mechanizmy takie jak cyrkulacja chłodziwa i kanały płynowe, aby uzyskać szybkie nagrzewanie i chłodzenie. Systemy te są zwykle zasilane akumulatorami, które zwiększają wagę i wymagają ładowania. Zasadniczo jednak mogłyby być również zasilane energią słoneczną – okazało się to jednak poważnym wyzwaniem projektowym.

„Ze względu na duże zużycie energii aktywnym systemom trudno jest utrzymać przez długi czas ciągłą termoregulację organizmu ludzkiego za pomocą przenośnych, zrównoważonych urządzeń do gromadzenia energii” – Xingyi Huang i Pengli Li z Uniwersytet Jiao Tong w Szanghaju napisz w artykuł z komentarzem in nauka dołączony do artykułu Wanga.

Aby stawić czoła temu wyzwaniu, zespół Wanga wykorzystał najnowsze osiągnięcia w dziedzinie elastycznej fotowoltaiki organicznej. Obecnie te ogniwa słoneczne mogą utrzymać wysoką wydajność konwersji nawet po wykrzywieniu w różne kształty.

„Gdyby tak wysoce wydajną i elastyczną organiczną jednostkę fotowoltaiczną można było zintegrować z odpowiednim systemem zarządzania ciepłem, można byłoby stworzyć solidną, samowystarczalną i termoregulującą odzież” – przewidują Huang i Li.

Elastyczny moduł elektrokaloryczny

W swoim badaniu Wang i współpracownicy zbudowali niewielki kawałek materiału do noszenia, integrując elastyczne ogniwo słoneczne z elastycznym modułem elektrokalorycznym. Ten ostatni jest urządzeniem, które pod wpływem przyłożonego pola elektrycznego ulega odwracalnym zmianom temperatury.

Po umieszczeniu w świetle słonecznym ogniwo słoneczne zebrało więcej energii niż potrzeba, aby moduł elektrokaloryczny mógł ochłodzić skórę użytkownika nawet o 10 stopni w czasie upałów. Nadmiar energii można zmagazynować w małej, osobnej baterii. W ciemności urządzenie można przełączyć w tryb ogrzewania, a zgromadzona energia wykorzystana do ogrzania skóry użytkownika nawet o trzy stopnie. W sumie urządzenie może osiągnąć termoregulację przez okres 24 godzin.

„Dzięki doskonałej wydajności zarządzania ciepłem, łatwemu przełączaniu kierunku zarządzania ciepłem i optymalnej kontroli temperatury zespół Wanga zademonstrował odzież, która pozwala ciału ludzkiemu dostosować się do zmian temperatury otoczenia” – mówią Huang i Li.

Zespół Wanga ma nadzieję, że poprzez zintegrowanie tej technologii z tkaninami do noszenia, ich innowacja zaowocuje nową generacją praktycznej odzieży zasilanej energią słoneczną, która pomoże użytkownikom dostosować się do złożonych i wymagających środowisk.

Dzięki aktywnej termoregulacji urządzenie może pozwolić użytkownikom przetrwać palące pustynie, mroźne regiony polarne i wiele klimatów z szybkimi wahaniami temperatury. Można go nawet zaadaptować do użytku w przestrzeni kosmicznej, gdzie w bezpośrednim świetle słonecznym temperatury stają się niezwykle wysokie, ale spadają w cieniu.

„Oprócz odzieży urządzenia takie można zastosować w pojazdach i budynkach” – dodają Huang i Li. „Można wyobrazić sobie przyszłość zarządzania ciepłem w każdych warunkach pogodowych, która nie będzie ograniczona dostawami energii i w której dodatkowa zebrana energia mogłaby nawet zasilać urządzenia elektroniczne w specjalnych warunkach”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/solar-powered-fabric-cools-in-the-day-and-warms-at-night/