Организация National Renewable Energy Laboratory (NREL) довольно давно работает над созданием эффективного прототипа окон со стеклами, играющих роль солнечных батарей. У таких окон двойное назначение. Во-первых, они снижают температуру помещения, поскольку степень их прозрачности можно изменять. Во вторых, они генерируют электроэнергию. И чем ниже прозрачность такого стекла, тем больше энергии производят такие окошки. Сейчас КПД «солнечных окон» составляет 11,3%. Фотоэлементы сделаны из любимого материала многих лабораторий — перовскита.
Создатели окон подсчитали, что их окна позволяют компаниям, здания которых оснащены новинкой экономить на охлаждении. Кстати, обычно на нужды вентиляции, охлаждения или нагрева уходит около 80% бюджета, отведенного на затраты электроэнергии. Если использовать эту разработку, то можно значительно снизить затраты (правда, разработчики еще не подсчитали, насколько).
При освещении фототермическое нагревание активизирует слой поглотителя, состоящий из комплексного соединения — перовскит-метиламинового галогенида, из прозрачного состояния (68% видимого пропускания) в поглощающее «фотовольтаическое цветное» состояние (пропускает менее 3% видимого излучения) из-за диссоциации метиламина. После охлаждения комплекс метиламинов восстанавливается, возвращая слой абсорбера в прозрачное состояние, в котором устройство действует как обычное окно, пропускающее для видимый свет».
Специалисты, занимающиеся этим проектом, подробно изучили причину падения эффективности работы окна после первого цикла. В целом, после доработки их система сможет выдержать около 50 000 циклов. Стандартный фотоэлемент, панель, способна работать в течение 25 лет, это около 9 000 циклов.
Чемпион среди окон, созданных командой — система, которая смогла работать с КПД в 11,3%. Средний результат пяти окон — 10,3%, что тоже очень неплохо. Недавно в США было проведено исследование, авторы которого считают, что в течение нескольких лет около 40% электричества в США будет вырабатываться при помощи оконных систем такого типа или похожих структур. При этом расчетная эффективность систем была предусмотрена на уровне в 5%. Для этого необходимо, чтобы 464 515 m2 стекол были «умными».
На рисунке d. хорошо видно, как умное стекло вырабатывает все больше энергии при изменении состояния от полностью прозрачного к непрозрачному. Правда, максимальная производительность стекла актуальна лишь во время первого цикла. Затем эффективность системы падает
В целом, сама технология выглядит довольно перспективной. Но есть несколько мелочей, которые можно назвать критическими. Например, прозрачность «солнечных» окон нельзя (пока) регулировать. Возможно, разработчики добавят эту функцию немного позже, но пока все работает по следующему принципу: чем светлее снаружи, тем темнее внутри. Да, электричество вырабатывается, но станет ли от этого легче людям, которые работают в офисе, закрытом подобными окнами?
Скорее всего, нет. С другой стороны, можно представить, что такие стекла устанавливают не подряд, а с определенным промежутком, с тем, чтобы обеспечить определенный уровень освещенности внутри. Либо же покрывают такими стеклами этажи, где люди находятся не постоянно. В этом случае можно обойтись и без регулировки.
Кстати, есть и полностью прозрачные солнечные батареи. Его создали исследователи из Мичиганского государственного университета. Материал выглядит, как стекло, он полностью прозрачен, но энергию вырабатывать он может. Конечно, не с таким высоким КПД, как «умные окна», описанные выше, но все же. В этом материале используется технология «солнечного концентратора», когда содержащиеся в нем органические соли поглощают невидимое излучение (ультрафиолетовое и инфракрасное). Внутри панели это излучение переходит в инфракрасный диапазон. Затем излучение, отражаясь от плоскостей панели внутри, проникает к ее краям. Ну а там уже установлены обычные фотоэлементы, которые поглощают свет, выделяя энергию.
К сожалению, КПД в этом случае всего 1%, хотя разработчики и считают, что его можно увеличить до 5%. У современных солнечных панелей КПД достигает 25%, в лабораторных условиях наблюдают и все 50%. Но 1% — это тоже хорошо, в особенности, если устанавливать такие стекла в регионах с максимальным уровнем инсоляции.
Автор: Максим Агаджанов
