Harvard Üniversitesi araştırmacıları, mevsimsel sıcaklık değişimlerine göre otomatik olarak elektrik üretimi ile ısıtma arasında geçiş yapabilen devrim niteliğinde bir “çift modlu” güneş enerjisi hasat cihazı geliştirdi. Geleneksel sistemlerin aksine hiçbir sensör veya elektronik aksam gerektirmeyen bu teknoloji, suyun fiziksel hal değişimini kullanarak optik bir anahtar görevi görüyor. Yaz aylarında elektrik enerjisine odaklanan sistem, kışın doğrudan ısı sağlamaya yönelerek binaların enerji verimliliğini artırmayı ve iklimlendirme maliyetlerini önemli ölçüde düşürmeyi hedefliyor.
Geleneksel yenilenebilir enerji sistemleri, binanın o anki ihtiyacından bağımsız olarak tek tip enerji üretmeleri nedeniyle esneklik sorunu yaşarlar. Fotovoltaik paneller dondurucu kış günlerinde bile elektrik üretmeye devam ederken, güneş termal kolektörleri aşırı sıcak yaz günlerinde ısı üretmeyi sürdürür. Harvard ekibinin geliştirdiği bu yenilikçi cihaz, suyun buharlaşması ve yoğuşması prensibine dayanan otonom bir yaklaşımla bu sorunu kökten çözüyor. Tamamen pasif bir düzenek olan sistem; bir Fresnel lens, su içeren mühürlü bir boşluk ve bir güneş hücresinden oluşan sofistike bir katmanlı yapıya sahip.
Cihazın çalışma prensibi, içerisindeki suyun fiziksel durumuna bağlı olarak değişim gösteriyor. Havalar ısındığında su buhar fazında kalarak bir kırılma indisi farkı yaratıyor ve lensin güneş ışığını doğrudan güneş hücresi üzerine odaklamasını sağlıyor. Bu sayede elde edilen elektrik, klima veya diğer cihazların çalıştırılmasında kullanılabiliyor. Hava soğuduğunda ise su, çiğ noktasına ulaşarak sıvı damlacıkları halinde yoğuşuyor. Bu değişim, ışığın cihazdan geçiş şeklini bozarak lensin odaklama özelliğini devre dışı bırakıyor. Sonuç olarak güneş ışığı hücreye odaklanmak yerine doğrudan binanın içine girerek ortamı ısıtıyor.
Boston iklimi temel alınarak yapılan laboratuvar simülasyonlarında, cihaz 15°C’lik bir çiğ noktası kullanarak performansını başarıyla kanıtladı. Sistem, Mayıs ayından Ekim ayına kadar elektrik üretimine öncelik verirken, Kasım’dan Nisan’a kadar otomatik olarak ısıtma moduna geçti. Pasif sistemin verimliliği, sürdürülebilir mimari açısından büyük bir sıçrama olarak nitelendiriliyor. Isıtma modunda cihaz, üzerine gelen güneş ışığının yaklaşık %90’ını iç mekan ısısına dönüştürebiliyor. Araştırmanın başyazarı Raphael Kay’e göre bu verim, standart bir güneş paneli ile elektrikli ısıtıcı çalıştırmaktan yaklaşık beş kat daha etkili sonuçlar veriyor.
Bu teknoloji, özellikle iklim değişikliğiyle birlikte artan soğutma ve ısıtma taleplerini karşılamak için çatı pencereleri ve bina cephelerine entegre edilecek güçlü bir seçenek sunuyor. Araştırmacılar şu an için güneşin geliş açısına bağlı olarak yaşanan verim kısıtlamaları üzerinde çalışıyor. Mevcut sabit üniteler günün belirli saatlerinde en yüksek verime ulaşırken, güneşin eğik geldiği saatlerde varsayılan olarak ısıtma moduna geçiyor. Ekip, cihazın aktif kullanım süresini uzatmak için optimizasyon çalışmalarını sürdürürken, bu teknolojiyi seralar, araçlar ve yüksek ofis binaları için uygun maliyetli ve ölçeklenebilir bileşenler haline getirmeyi hedefliyor.