(Phys.org) —Une équipe de Stanford a conçu une toute nouvelle forme de panneau de refroidissement qui fonctionne même lorsque le soleil brille. Un tel panneau pourrait grandement améliorer le refroidissement par la lumière du jour des bâtiments, voitures et autres structures en renvoyant la lumière du soleil dans le vide glacial de l'espace.

Maisons et bâtiments réfrigérés sans climatiseurs. Des intérieurs de voitures qui ne chauffent pas sous le soleil d'été. Exploiter les étendues glaciales de l'espace pour refroidir la planète. Science fiction, vous dites? Bien, peut-être plus maintenant.

Une équipe de chercheurs de Stanford a conçu une toute nouvelle forme de structure de refroidissement qui refroidit même lorsque le soleil brille. Une telle structure pourrait grandement améliorer le refroidissement des bâtiments par la lumière du jour, voitures et autres structures en réfléchissant la lumière du soleil dans le vide glacial de l'espace. Leur article décrivant l'appareil a été publié le 5 mars dans Lettres nano .

"Les gens voient généralement l'espace comme une source de chaleur du soleil, mais loin du soleil, l'espace est vraiment froid, endroit froid, " a expliqué Shanhui Fan, professeur de génie électrique et auteur principal de l'article. "Nous avons développé un nouveau type de structure qui reflète la grande majorité de la lumière du soleil, tandis qu'en même temps il envoie de la chaleur dans cette froideur, qui refroidit les structures artificielles même pendant la journée."

L'astuce, d'un point de vue technique, est double. D'abord, le réflecteur doit refléter autant de lumière solaire que possible. De mauvais réflecteurs absorbent trop de soleil, chauffer dans le processus et contrecarrer le but du refroidissement.

Le deuxième défi est que la structure doit efficacement renvoyer la chaleur dans l'espace. Ainsi, la structure doit émettre un rayonnement thermique très efficacement dans une plage de longueurs d'onde spécifique dans laquelle l'atmosphère est presque transparente. En dehors de cette plage, L'atmosphère terrestre reflète simplement la lumière vers le bas. La plupart des gens connaissent ce phénomène. Il est mieux connu sous le nom d'effet de serre, la cause du changement climatique mondial.

Deux buts en un

La nouvelle structure atteint ces deux objectifs. C'est un miroir à large bande efficace pour la lumière solaire - il réfléchit la majeure partie de la lumière du soleil. Il émet également un rayonnement thermique très efficace dans la plage de longueurs d'onde cruciale nécessaire pour s'échapper de l'atmosphère terrestre.

Le refroidissement radiatif la nuit a été largement étudié en tant que stratégie d'atténuation du changement climatique, pourtant, la demande de pointe pour le refroidissement se produit pendant la journée.

"Personne n'avait encore été capable de surmonter les défis du refroidissement radiatif diurne - du refroidissement lorsque le soleil brille, " dit Eden Rephaeli, doctorant au Fan's lab et co-premier auteur de l'article. "C'est un gros obstacle."

L'équipe de Stanford a réussi là où d'autres ont échoué en se tournant vers des matériaux photoniques nanostructurés. Ces matériaux peuvent être conçus pour améliorer ou supprimer la réflexion de la lumière dans certaines longueurs d'onde.

« Nous avons adopté une approche très différente par rapport aux efforts précédents dans ce domaine, " dit Aaswath Raman, doctorant au Fan's lab et co-premier auteur de l'article. "Nous combinons l'émetteur thermique et le réflecteur solaire en un seul appareil, ce qui le rend à la fois plus performant et beaucoup plus robuste et pertinent dans la pratique. En particulier, nous sommes très enthousiastes car cette conception rend viables les applications à l'échelle industrielle et hors réseau."

En utilisant des matériaux nanophotoniques d'ingénierie, l'équipe a pu supprimer fortement la quantité de lumière solaire induisant la chaleur que le panneau absorbe, alors qu'il rayonne de la chaleur très efficacement dans la gamme de fréquences clé nécessaire pour s'échapper de l'atmosphère terrestre. Le matériau est composé de quartz et de carbure de silicium, les deux très faibles absorbeurs de lumière du soleil.

Puissance frigorifique nette

Le nouvel appareil est capable d'atteindre une puissance de refroidissement nette de plus de 100 watts par mètre carré. Par comparaison, les panneaux solaires standard actuels à 10 % d'efficacité génèrent à peu près la même quantité d'énergie. Cela signifie que les panneaux de refroidissement radiatif de Fan pourraient théoriquement être remplacés sur les toits où les panneaux solaires existants alimentent en électricité les systèmes de climatisation nécessaires pour refroidir le bâtiment.

Pour le dire autrement, une histoire typique, maison unifamiliale avec seulement 10 pour cent de son toit recouvert de panneaux de refroidissement radiatif pourrait compenser 35 pour cent de ses besoins en climatisation pendant les heures les plus chaudes de l'été.

Le refroidissement radiatif présente un autre avantage considérable par rapport à toutes les autres stratégies de refroidissement telles que le climatiseur. C'est une technologie passive. Il ne nécessite aucune énergie. Il n'a pas de pièces mobiles. Il est facile à entretenir. Vous le placez sur le toit ou sur les côtés des bâtiments et il commence à fonctionner immédiatement.

Une vision changeante du refroidissement

Au-delà des implications commerciales, Fan et ses collaborateurs prévoient un large impact social potentiel. Une grande partie de la population humaine sur Terre vit dans des régions ensoleillées regroupées autour de l'équateur. La demande électrique pour faire fonctionner les climatiseurs monte en flèche dans ces endroits, présentant un enjeu économique et environnemental. Ces zones ont tendance à être pauvres et la puissance nécessaire au refroidissement signifie généralement des centrales électriques à combustibles fossiles qui aggravent le problème des gaz à effet de serre.

« En plus de ces régions, nous pouvons prévoir des applications pour le refroidissement radiatif dans les zones hors réseau du monde en développement où la climatisation n'est même pas possible à l'heure actuelle. Il y a un grand nombre de personnes qui pourraient bénéficier de tels systèmes, ", a déclaré Fan.