Cửa sổ năng lượng mặt trời ấm lên trong điều kiện thời tiết lạnh

Một nhóm nghiên cứu quốc tế đã tìm được cách biến đổi cửa sổ bình thường thành máy sưởi sử dụng năng lượng mặt trời để tăng nhiệt độ của cửa sổ thêm 15 độ F trong điều kiện thời tiết lạnh. Các nhà khoa học hy vọng bề mặt nhiệt mặt trời mới sẽ giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng thông qua giảm chi phí sưởi ấm.

Nhóm nghiên cứu do Alexandre Dmitriev tại trường Đại học Gothenburg dẫn đầu, cùng với các cộng sự đến từ một số trường đại học ở Thụy Điển, Trung Quốc, Iran và Hoa Kỳ, đã công bố nghiên cứu về bề mặt nhiệt mặt trời trên tạp chí Nano Letters số ra gần đây.

Theo Dmitriev, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một phương thức đơn giản, rẻ tiền và hiệu quả để chuyển đổi cửa sổ kính thông thường thành màn hình nhiệt hoạt động bằng năng lượng mặt trời, sẽ làm thay đổi lớn mức độ cân bằng nhiệt của các không gian sống và làm việc, đặc biệt trong bối cảnh cửa sổ kính được sử dụng ngày càng nhiều trong kiến trúc hiện đại.

Các bề mặt kính cũng là một trong số các ứng dụng của công nghệ nano, vì các thành phần chức năng chính là ăng-ten nano plasmon. Các ăng-ten nhỏ này được làm từ các kết cấu lớp oxit niken-nhôm có hình e líp nano. Với sự hỗ trợ của các dao động điện tử hoặc plasmon bề mặt, các ăng-ten nano hấp thụ mạnh ánh sáng mạnh, làm nóng toàn bộ bề mặt.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã chứng minh, khi ánh nắng mặt trời tỏa sáng trên bề mặt, ánh sáng được hấp thụ từ mặt trước (có ăng-ten) hiệu quả hơn mặt sau (bề mặt). Hướng hấp thụ ánh sáng này làm cho bề mặt phù hợp để ứng dụng cho cửa sổ, vì ánh nắng mặt trời có thể được hấp thụ hiệu quả nhất từ bên ngoài. Ngoài ra, các bề mặt có độ trong suốt cao, có vẻ như không màu và gần như hoàn toàn bảo vệ quang phổ màu của ánh nắng mặt trời.

Theo giải thích của các nhà nghiên cứu, cửa sổ lạnh tác động lớn đến khả năng sưởi ấm tòa nhà. Nguyên nhân là do khi một người ngồi bên cạnh cửa sổ lạnh, người đó tỏa nhiệt cơ thể về phía cửa sổ và cửa sổ hoạt động giống như "bộ tản nhiệt". Để bù đắp cho sự mất nhiệt này, nhiệt độ trong nhà cần được tăng lên để duy trì một môi trường thoải mái. Khi bề mặt cửa sổ mới có thể làm tăng nhiệt độ của cửa sổ lên vài độ, nó có tiềm năng tiết kiệm nhiều năng lượng.

Các nhà nghiên cứu hy vọng bề mặt mới sẽ có nhiều ứng dụng khác ngoài cửa sổ. Các ăng-ten nano có thể được gắn lên bất kỳ bề mặt nào hoặc được chuyển đổi trực tiếp lên mọi bề mặt để bảo vệ hướng hấp thụ. Chúng cũng có thể được sản xuất từ nhiều loại vật liệu, cũng như được điều chỉnh để hấp thụ ánh sáng có bước sóng khác nhau, làm thay đổi màu sắc của chúng.

Trong tương lai, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu để đạt được sự gia tăng nhiệt độ thậm chí ở mức cao hơn bằng cách cho phép hấp thụ bức xạ cực tím và hồng ngoại gần, cấu thành một phần lớn của bức xạ mặt trời.