Солнечное окно скоро выполнит ту же работу, что и стандартная солнечная панель на крыше

Полупрозрачные солнечные элементы, которые можно встроить в оконное стекло, – это изменит правила игры, которые могут трансформировать архитектуру, городское планирование и производство электроэнергии, говорится в статье австралийских ученых, опубликованной в Nano Energy.

Исследователи – во главе с профессором Яцеком Ясениаком из Центра передовых технологий ARC в области науки об экситонах (Exciton Science) и Университета Монаш – преуспели в производстве перовскитных солнечных элементов следующего поколения, которые генерируют электричество, пропуская свет. Сейчас они изучают, как новая технология может быть встроена в коммерческие продукты с компанией Viridian Glass, крупнейшим производителем стекла в Австралии.

Эта технология превратит окна в активные генераторы энергии, потенциально революционизируя дизайн здания. Исследователи говорят, что два квадратных метра солнечного окна будут генерировать примерно столько же электроэнергии, сколько стандартная солнечная панель на крыше.

Исследование также было поддержано Австралийским агентством возобновляемой энергии (ARENA).

Идея полупрозрачных солнечных элементов не нова, но предыдущие проекты провалились, потому что они были очень дорогими, нестабильными или неэффективными.

Профессор Ясеняк и его коллеги из Отдела материаловедения и инженерии Монаша и Национального научного агентства Австралии, CSIRO, использовали другой подход.

Они использовали органический полупроводник, который можно превратить в полимер, и использовали его для замены обычно используемого компонента солнечного элемента (известного как Spiro-OMeTAD), который демонстрирует очень низкую стабильность, поскольку создает бесполезное водянистое покрытие. Заменитель дал удивительные результаты.

“Эффективность преобразования солнечной энергии на крыше составляет от 15 до 20%”, – сказал Яцек.

“Полупрозрачные ячейки имеют эффективность преобразования 17%, при этом пропуская более 10% входящего света, поэтому они находятся прямо в зоне. Давно мечтали иметь окна, которые генерируют электричество, и теперь это выглядит возможным”.

Соавтор и исследователь CSIRO, доктор Энтони Чесман, сказал, что команда в настоящее время работает над расширением производственного процесса.

“Мы будем стремиться разработать крупномасштабный процесс производства стекла, который можно легко перенести в промышленность, чтобы производители могли легко освоить эту технологию”, – сказал он.

Солнечные окна станут полезными для владельцев зданий и жителей, и принесут новые проблемы и возможности для архитекторов, строителей, инженеров и проектировщиков.

“Здесь есть компромисс, – объяснил профессор Ясениак, – солнечные элементы можно сделать более или менее прозрачными. Чем они прозрачнее, тем меньше вырабатывается электричества, поэтому архитекторам это нужно учитывать”.

Он добавил, что солнечные окна, окрашенные в той же степени, что и нынешние коммерческие окна, будут генерировать около 140 Вт электроэнергии на квадратный метр.

Первое применение, скорее всего, будет в многоэтажных домах.

Большие окна, установленные в высотных зданиях, дороги в изготовлении. Дополнительные затраты на включение в них полупрозрачных солнечных элементов будут незначительными.

“Но даже с дополнительными затратами здание получает электричество бесплатно!” – сказал профессор Ясеняк.

“Эти солнечные элементы означают большие изменения в том, как мы думаем о зданиях и как они функционируют. До сих пор каждое здание проектировалось исходя из предположения, что окна в основном пассивны. Теперь они будут активно производить электричество” .

“Планировщикам и дизайнерам, возможно, придется даже пересмотреть то, как они размещают здания на площадках, чтобы оптимизировать процесс захвата солнечного света”.

Ведущий автор доктор Jae Choul Yu, также из Exciton Science и Monash, добавил, что дальнейшие исследования позволят повысить эффективность.

“Наш следующий проект – тандемное устройство”, – сказал он. – “Мы будем использовать солнечные элементы на основе перовскита в качестве нижнего слоя и органические солнечные элементы в качестве верхнего”.

Что касается того, когда на рынке появятся первые коммерческие полупрозрачные солнечные элементы, “это будет зависеть от того, насколько успешным будет масштабирование технологии, но мы стремимся достичь этого в течение 10 лет”, – сказал профессор Ясениак.

Джатин Ханна, менеджер по операциям Viridian Glass, добавил: “Разработка таких солнечных окон предоставляет возможность, которая может привести к новым стеклянным инновациям и технологиям в будущем”.

Подробное описание запланировано в майском издании Nano Energy.

По материалам Techxplore