Идея решает давнее противоречие солнечной энергетики: обычные фотоэлектрические панели вырабатывают ток вне зависимости от того, нужен ли он, а солнечные тепловые коллекторы греют даже тогда, когда здание и без того перегрето. Между тем реальные потребности людей диаметрально противоположны: зимой нужно тепло, летом — электричество для кондиционирования воздуха.
В основе новой системы — линза Френеля, плоская оптическая пластина с концентрическими канавками, которая фокусирует солнечный свет. Над линзой расположена герметичная камера с небольшим количеством воды, под ней — фотоэлемент. В тёплую погоду вода в камере остаётся паром: разница показателей преломления между паром и материалом линзы позволяет чётко фокусировать свет на фотоэлементе, и устройство вырабатывает электричество. Когда температура падает ниже точки росы, пар конденсируется в тонкую водяную плёнку, фокусировка нарушается, и большая часть солнечного света проходит сквозь устройство внутрь помещения — уже в виде тепла.
В лабораторных испытаниях граница переключения была установлена на 15°C: при более высокой температуре интенсивность света на фотоэлементе возрастала примерно на 50%, а в режиме обогрева система преобразовывала в тепло около 90% падающего солнечного излучения — это примерно в пять раз эффективнее, чем связка «солнечная панель плюс электрический обогреватель».
Исследователи подчёркивают, что все компоненты системы просты и дёшевы в производстве. Потенциальные области применения — жилые и общественные здания, теплицы, транспортные средства. По словам руководителя проекта, профессора Джоанны Айзенберг, устройство, встроенное в остекление фасадов или световые фонари, могло бы особенно пригодиться в условиях роста спроса на охлаждение зданий — одного из главных драйверов увеличения энергопотребления на фоне изменения климата.
Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.
