Varmestråling udnyttes til grøn strøm om natten
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Varmestråling udnyttes til grøn strøm om natten

Illustration: Aaswath Raman

Verden er fyldt med små og store kuriøse fænomener, der ikke nødvendigvis er svære at forstå, men mere svære at få øje på. Strålingsafkøling er et af disse fænomener, hvor et objekt på skyfri nætter mister varme som stråling ud i det kolde rum.

En gruppe af forskere under ledelse af Aaswath Raman, adjunkt og forsker i materialevidenskab ved UCLA, har nu fundet ud af at høste strøm fra fænomenet. I en forskningsartikel publiceret i tidsskriftet Joule påviser forskerholdet, hvordan de har bygget et apparat, der ved at kombinere strålingsafkøling med den termoelektriske effekt kan producere grøn strøm om natten.

Med et udbytte på 25 mW/m2 kunne apparatet kun lige drive en LED-pære, og der er derfor »lang vej, hvis man vil bruge det som alternativ til at tilføje batterilagring til solceller«, siger materialeforsker ved MIT Jeffrey Grossman til The New York Times.

Læs også: Energibesparelser stammer fra himlen

Afkøling ved varmestråling

Alt stof med en temperatur på mere end 0 K udsender elektromagnetisk stråling. Solen udsender meget af sin stråling i den synlige del af det elektromagnetiske spektrum. Det samme gør lamper og computerskærme. De fleste ting, der omgiver os, har dog så lav en temperatur, at den stråling, de udsender, ligger uden for det synlige spektrum.

Uanset typen så vil strålingen transportere energi væk fra legemet. Ved bølgelængder mellem 8 og 13 mikrometer, i det infrarøde område, er der et vindue i atmosfæren, hvor varmestrålingen fra jorden ikke absorberes, men forsvinder ud i det kolde rum.

På skyfri nætter resulterer det i et netto energitab, og legemer kan derved afkøles til under temperaturen af den omgivne luft.

Fænomenet har været udnyttet i oldtidens Persien til at producere is om natten i såkaldte Yakhchāls , der stod i ørkenen som store lerkupler. Fænomenet viser sig også ved rimfrost på græsplænen selvom nattemperaturen ikke har været under frysepunktet.

Forskningsmæssigt har effekten været undersøgt til at sænke energiforbruget for aircondition-anlæg, som Ingeniøren også tidligere har skrevet om.

Læs også: Nyt materiale kan give enorme energibesparelser til køling af huse

Svigtende strømhøst

Det nye i Ramans forskning er at kombinere strålingsafskøling med den termoelektriske effekt, hvor en strøm genereres af temperaturforskelle i et ledende materiale. Temperaturforskellen er opnået ved at strålingsafkølingen har kølet oversiden af et materiale, der på undersiden fastholder temperaturen fra den omgivne luft. Derved opstår der en lille spændingsforskel i materialet.

Forskerne har kunnet demonstrere en beskeden strømproduktion på 25 mW/m2, der lige præcis er nok til at drive en LED-pære. Tidligere forskning har påvist et loft for energiproduktion fra strålingsafkøling på 4 W/m2. Til sammenligning producerer et gennemsnitligt solpanel 200 W/m2.

Raman er klar over begrænsningerne i sin opfindelse, men der kan stadig være potentiale i teknologien:

»Vi tror, at det her kan skabe grundlaget for en supplerende teknologi til solenergi. Selvom strømmer altid vil være betragteligt lavere end for solpaneler, så fungerer apparatet på tidspunkter, hvor solceller ikke fungerer,« siger Raman til nyhedssiden Scimex.

Teknologien kan også fungere som supplement til solpaneler i områder, hvor batterier ikke er tilgængelige, og hvor der ikke er andre energikilder. Apparatet er lavet af billige og lettilgængelige materialer, hvilket »giver forhåbninger om, at det kan laves til brugbare produkter i udviklingslande«, siger Ellen D. Williams, professor i fysik ved University of Maryland til New York Times.

Illustration: Joule
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Tak for en god og informativ artikel som imidlertid mangler tal.
Jeg har et par ecofan vifter stående på min brændeovn, det er jeg meget tilfreds med, men jeg ved ikke noget om forholdet mellem bundpladens ovnvarme og overdelens luft "kulde". Det skal man jo vide hvis man skal holde fantasierne indenfor det realiserbare!
Jeg er en flittig sejler. Der er jo næsten altid en markant forskel mellem vandets temperatur og luftens temperatur. Noget som lavteknologisk udnyttes når man placerer madvarer i kontakt med bunden af båden.
Det kunne være dejligt hvis man kan udnytte den termoelektriske effekt mellem vandets temperatur og luftens ditto. Selv om effekten ikke er stor er den jo aktiv 24 timer i døgnet, selv om lufttemperaturen svinger meget over døgnet. Man kunne evt vende processen om natten hvor vandet ofte er varmere end luften!
Jeg efterlyser altså nogle (simple) data som muliggør vurdering af effektiviteten af den termoelektriske effekt.

  • 4
  • 0

Jeg efterlyser altså nogle (simple) data som muliggør vurdering af effektiviteten af den termoelektriske effekt.


Den teoretiske effektivitet af termoelektriske elementer og andre varmekraftmaskiner kan beskrives ved Carnots ligning:

E = 1 - T(lav)/T(høj)

Hvis vandtemperaturen er 10 grader C og luften 20 grader C er effekten maksimalt 3,4 %. I virkelige varmekraftmaskiner er effektiviteten som regel noget lavere, måske kun 50 % eller mindre af den teoretiske effektivitet.

  • 3
  • 0

I virkelige varmekraftmaskiner er effektiviteten som regel noget lavere,


Ja, og det er hele humlen her.

Jeg har længe haft en fornemmelse af, at termoelektriske elementer har en virkningsgrad, der ligger langt, langt under Carnot. Denne artikel triggede mig til at grave dybere.

Det viser sig, at Wikipedia faktisk har en særdeles omfattende artikel om emnet, og her finder man dette guldkorn, en beskrivelse af teoretisk virkningsgrad for et termoelektrisk element:

Første led er den teoretiske Carnot-virkningsgrad. Andet led beskriver dermed hvor mange procent af Carnot, man kan opnå.

Værdien ZT er materialets "figure of merit". Artiklen indeholder masser af teoretiske eksempler på materialer og deres ZT. Disse ser ud til at svinge mellem 0,5 og 2,7. Man kan desuden læse, at "no known thermoelectrics have a ZT>3."

Desværre fandt jeg ingen eksempler på opnåelig ZT for kommercielt tilgængelige produkter. Det kunne ellers have været fint.

Men vi kan jo starte med at indsætte ZT=3 i ovennævnte formel. Da diskussionen her i artiklen drejer sig om udnyttelse af marginale temperaturforskelle, kan vi samtidigt sætte TC/TH=1. Med disse tal kan resultatet findes ved hovedregning:
Ved små temperaturforskelle er max. opnåelig virkningsgrad med højest kendte ZT lig med 1/3 af Carnot.

Nu er det nok ikke så sandsynligt, at kommercielt tilgængelige produkter har en ZT, som er den højest kendte. Hvis ZT=1,25 (stadig over medianen af alle de givne eksempler i Wikipedia-artiklen), er vi nede på 20% af Carnot. Og hvis ZT=0,69, er vi nede på 13% af Carnot.

Hertil kommer, at det termoelektriske materiale ikke kommer til at se hele temperaturforskellen. Når varmen skal transporteres fra den varme til den kolde side, passerer den gennem en række enkeltmodstand i form af varmeledning og varmeovergang. Alle disse enkeltmodstande tager en bid af den samlede temperaturforskel, så der vil kun være en eller anden andel til overs til det termoelektriske element. Det vil sænke virkningsgraden yderligere i forhold til eksemplerne ovenfor.

  • 4
  • 0

Hvis TC/TH=1, så er Carnot virkningsgraden = 0!

Ja, det er ja da fint klar over!

Men det interessante i denne artikels kontekst er som sagt situationer med meget små temperaturforskelle, dvs. hvor TC/TH går mod 1.

Situationer, hvor TC/TH faktisk præcist er 1 er irrelevante, da der jo her ikke kan ske nogen varmetransport.

På det sted, hvor brøken TC/TH optræder i den formel, jeg har indsat, er det fuldt gyldigt at indsætte 1 på brøkens plads for at illustrere en situation, hvor de to temperaturer er næsten ens. Du kan da godt indsætte 0,99 eller tilsvarende, men du vil indse, at det ikke ændrer væsentligt på resultatet.

  • 5
  • 0

Når det er et elendigt produkt ingen vil betale for, så kommer redningen:
»giver forhåbninger om, at det kan laves til brugbare produkter i udviklingslande«
Selv en solopladet havelampe ville være bedre.

  • 4
  • 1

Man kan lade et varmebatteri samle varme gennem dagen, så bruge køling OG varme om natten.
Man burde så teoretisk kunne bruge isen om dagen plus varme, så det er en kontinuerlig proces.

  • 0
  • 1
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten