ผ้าที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะเย็นตัวในเวลากลางวันและอุ่นขึ้นในเวลากลางคืน – Physics World

ผ้าที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จะเย็นตัวในเวลากลางวันและอุ่นขึ้นในเวลากลางคืน – Physics World

ประทับเวลา: 9 มกราคม 2024 12:08 น

พระอาทิตย์ตกเหนือทะเลสาบ
กลางวันและกลางคืน: เมื่อแสงแดดจางลง ผ้าสามารถเปลี่ยนจากโหมดทำความเย็นเป็นโหมดทำความร้อนได้ (เอื้อเฟื้อโดย: Shutterstock/PK-Studio)

นักวิจัยในจีนได้เปิดเผยแนวคิดใหม่สำหรับเสื้อผ้าที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งสามารถควบคุมอุณหภูมิร่างกายของผู้สวมใส่ได้ สร้างโดย Ziyuan Wang และเพื่อนร่วมงานที่ มหาวิทยาลัยหนานไกการออกแบบผสมผสานอุปกรณ์ไฟฟ้าแคลอรี่เข้ากับเซลล์แสงอาทิตย์แบบยืดหยุ่นที่ล้ำสมัย ทีมงานได้อธิบายแนวทางของตนไว้ในรายงานฉบับหนึ่ง วิทยาศาสตร์.

เสื้อผ้าที่ควบคุมอุณหภูมิมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ร่างกายมีอุณหภูมิที่ปลอดภัยและสะดวกสบายในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองประเภทคือแบบพาสซีฟและแบบแอคทีฟ การควบคุมอุณหภูมิแบบพาสซีฟใช้วัสดุที่ใช้ประโยชน์จากผลกระทบต่างๆ เช่น การดูดซับ การแผ่รังสี และความร้อนแฝงของการเปลี่ยนเฟส เพื่อให้ผู้สวมใส่รู้สึกสบาย

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของแนวทางแบบพาสซีฟคือไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก อย่างไรก็ตาม การควบคุมอุณหภูมิแบบพาสซีฟโดยปกติจะไปในทิศทางเดียวกับเสื้อผ้าที่มีผลทำให้เย็นลงหรืออุ่นขึ้น แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง

ความท้าทายด้านพลังงาน

การควบคุมอุณหภูมิแบบสองทิศทางมักจะทำได้โดยใช้วัสดุออกฤทธิ์ที่ใช้กลไกต่างๆ เช่น การไหลเวียนของสารหล่อเย็นและช่องของไหลเพื่อให้เกิดความร้อนและความเย็นอย่างรวดเร็ว โดยปกติระบบเหล่านี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ซึ่งเพิ่มน้ำหนักและต้องชาร์จใหม่ อย่างไรก็ตาม โดยหลักการแล้ว พวกมันยังสามารถได้รับพลังงานจากการเก็บเกี่ยวพลังงานจากดวงอาทิตย์ แต่สิ่งนี้ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความท้าทายในการออกแบบที่สำคัญ

“เนื่องจากมีการใช้พลังงานสูง จึงเป็นเรื่องยากสำหรับระบบที่ใช้งานอยู่ที่จะรักษาการควบคุมอุณหภูมิของร่างกายมนุษย์อย่างต่อเนื่องเป็นเวลานานผ่านอุปกรณ์เก็บเกี่ยวพลังงานแบบพกพาและยั่งยืน” Xingyi Huang และ Pengli Li จาก มหาวิทยาลัยเซี่ยงไฮ้เจียวทง เขียนใน บทความวิจารณ์ in วิทยาศาสตร์ ที่มาพร้อมกับกระดาษของ Wang

เพื่อรับมือกับความท้าทายนี้ ทีมงานของ Wang ได้ดึงเอาความก้าวหน้าล่าสุดในด้านแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบอินทรีย์ที่มีความยืดหยุ่น ในปัจจุบัน เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้สามารถรักษาประสิทธิภาพการแปลงพลังงานในระดับสูงได้ แม้ว่าจะบิดเบี้ยวเป็นรูปทรงต่างๆ ก็ตาม

“หากสามารถรวมแผงเซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงและยืดหยุ่นดังกล่าวเข้ากับระบบการจัดการความร้อนที่เหมาะสมได้ เสื้อผ้าที่แข็งแกร่ง พึ่งพาตนเองได้ และควบคุมอุณหภูมิก็สามารถทำได้” Huang และ Li ทำนาย

โมดูลไฟฟ้าแคลอรี่ที่ยืดหยุ่น

ในการศึกษาของพวกเขา Wang และเพื่อนร่วมงานได้สร้างวัสดุสวมใส่ชิ้นเล็กๆ โดยการบูรณาการเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีความยืดหยุ่นเข้ากับโมดูลไฟฟ้าแคลอรี่ที่มีความยืดหยุ่น อย่างหลังคืออุปกรณ์ที่ต้องผ่านการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบผันกลับได้เพื่อตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าที่ใช้

เมื่อวางไว้กลางแสงแดด เซลล์แสงอาทิตย์จะเก็บเกี่ยวพลังงานได้มากเกินพอสำหรับโมดูลไฟฟ้าแคลอรี่ เพื่อทำให้ผิวหนังของผู้สวมใส่เย็นลงได้ถึง 10 องศาในสภาพอากาศร้อน พลังงานส่วนเกินสามารถเก็บไว้ในแบตเตอรี่ขนาดเล็กแยกต่างหากได้ ในความมืด อุปกรณ์สามารถเปลี่ยนเป็นโหมดอุ่นและพลังงานที่เก็บไว้ที่ใช้ในการอุ่นผิวของผู้สวมใส่ได้มากถึง 24 องศา โดยรวมแล้ว อุปกรณ์สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ตลอดระยะเวลา XNUMX ชั่วโมง

“ด้วยประสิทธิภาพการจัดการระบายความร้อนที่ยอดเยี่ยม การเปลี่ยนทิศทางการจัดการความร้อนได้ง่าย และการควบคุมอุณหภูมิที่เหมาะสม ทีมงานของ Wang ได้สาธิตเสื้อผ้าที่ช่วยให้ร่างกายมนุษย์สามารถปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโดยรอบ” Huang และ Li กล่าว

ด้วยการบูรณาการเทคโนโลยีนี้เข้ากับผ้าที่สวมใส่ได้ ทีมงานของ Wang หวังว่านวัตกรรมของพวกเขาจะนำไปสู่เสื้อผ้าที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และใช้งานได้จริงรุ่นใหม่ ซึ่งช่วยให้ผู้สวมใส่ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนและท้าทาย

ด้วยการควบคุมอุณหภูมิแบบแอคทีฟ อุปกรณ์นี้ช่วยให้ผู้สวมใส่สามารถทนต่อทะเลทรายที่แผดเผา บริเวณขั้วโลกที่หนาวเย็น และสภาพอากาศหลายๆ แบบที่มีอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว มันยังสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในอวกาศได้อีกด้วย ซึ่งอุณหภูมิจะร้อนจัดเมื่อถูกแสงแดดโดยตรง แต่จะลดลงในที่ร่ม

“นอกเหนือจากเสื้อผ้าแล้ว อุปกรณ์ดังกล่าวยังสามารถนำไปใช้กับยานพาหนะและอาคารได้” Huang และ Li กล่าวเสริม “เป็นไปได้ที่จะจินตนาการถึงอนาคตของการจัดการระบายความร้อนทุกสภาพอากาศซึ่งไม่ถูกจำกัดด้วยการจัดหาพลังงาน และพลังงานที่สะสมไว้เป็นพิเศษอาจจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายใต้เงื่อนไขพิเศษ”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์