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.
Комментарии (24)
wormball
02.12.2017 10:54> пока все работает по следующему принципу: чем светлее снаружи, тем темнее внутри
Вы так говорите, будто бы это что-то плохое.
igor_kuznetsov
02.12.2017 12:06>>Во-первых, они снижают температуру помещения, поскольку степень их прозрачности можно изменять
В смысле? Ведь окна греются, значит — греют комнату.vassabi
02.12.2017 13:16оконное стекло можно охлаждать слоем воздуха возле его поверхности (или хотя бы поставить второе стекло за ним). А нагретые пол, диван и стол — обогревают объем воздуха в комнате.
Fagot63
02.12.2017 13:40А инфракрасное излучение? Если обычное стекло его пропускает, то это по идее его излучает/ретранслирует/конвертирует
REPISOT
02.12.2017 12:43Окна темнеют, и придется включать свет? И тратить энергию на освещение днем. И тогда бюджет будет уходить уже на освещение.
А кто мешает просто закрыть жалюзи/шторы или сделать зеркальное покрытие?
p_fox
02.12.2017 13:35Шторы умеют генерировать электричество? А жалюзи?
Aytuar
02.12.2017 16:10+1Вот действительно, лучше бы на жалюзи поставили элементы для генерации эл-ва. И уже сами люди могут регулировать уровень освещения в помещении как нужно, а элементы установленные в жалюзи уже смогут использовать весь свет который будет падать на них. Уже будет больше 11%. А на окна поставить элементы для поглощения утрафиолета и инфракрасного света + 1 %. Конечно это сейчас будет стоить огромных денег, но нужно просто посчитать что будет дешевле, платить за охлажение или за дорогие окны и жалюзи.
Sungmaster
02.12.2017 20:03+1Украинские жалюзи с солнечными батареями SolarGaps
pasetchnik
04.12.2017 15:14Смешное видео под пунктом Easy Installation.
И дело даже не в синей изоленте.
Daddy_Cool
02.12.2017 14:25Увы — закон сохранения! Впрочем если днем человек уходит на работу, то ему пофиг темно или светло в квартире. Хотя по сути это тогда мало чем отличается от ставень из солнечно-батарейных панелей, ставни даже лучше — КПД существенно выше. Но к ставням желательна автоматизация и всякие умнодомности.
seri0shka
02.12.2017 13:56Считаю, что батареи в окнах- изначально неправильное направление. Против такого применения окон и необходимость прозрачности, и достаточно малая площадь относительно стен или крыши, и угол падения света. У крыши одни плюсы, зачем изобретать велосипед? Оконные жалюзи и то перспективнее в этом плане (в сравнении с окнами, не с крышей).
ClearAirTurbulence
02.12.2017 15:43Посмотрите на небоскребы. Многие из них покрыты стеклом почти полностью.
hurtavy
02.12.2017 14:48Немного путанно написано… Я так понимаю, эти самые 11% получаются, когда стекло непрозрачно (пропускание 3%)?
justhabrauser
02.12.2017 19:47Не, не немного…
«пропускающее для видимый свет» — просто должность «Редактор GT» уже есть, а должность «Корректор GT» пока не завели. Ввиду ненадобности, видимо.
justhabrauser
02.12.2017 20:49Нет, ну в теории если собрать миллион Редакторов GT, то за миллион лет есть ненулевая вероятность, что кто-то из них напишет какую-то статью по-русски.
Но это в теории.
green_worm
04.12.2017 10:28Интересно, если поставить на ту же Туслу хотя бы заднее стекло с батареями, то сможет ли оно подпитывать аккумуляторы, пока машина стоит? Или по сравнению с их емкостью приток энергии будет ничтожно мал?
nmi77
05.12.2017 08:03Лет 10 назад читал что кто-то из премиумной немецкой тройки стал предлагать опцию вентилятора работающего от фотоэлемента на парковке для охлаждения салона.
green_worm
05.12.2017 12:39Вот кстати вентилятор вполне логично (было) запитывать от солнечной батареи — дует когда есть солнце… Правда, до тех пор, пока не появились кондиционеры во всех машинах, которые потребляют уже побольше вроде как.
nmi77
05.12.2017 12:46Фишка была в менее горячем салоне, когда возвращаешься в автомобиль который долго стоял на солнце. Чтобы не сажать аккумулятор на парковке.
agat000
Думаю такие вещи за интересуют в первую очередь дизайнеров. Самостоятельная смена внешнего вида здания в тчении суток, это можно красиво реализовать. Только не на окна, а на стены и декоративные конструкции. Ну а электро генерация — как дополнительный, но не обязательный бонус. Например питать по месту элементы декоративного освещения. Или датчики состояния здания.
Просто для генерации кроме солнечных панелей нужны ещё кабели к каждому окну, это просто дорого.