Színtelen napelemes ablakok készülnek – Az épületek összes külső üvege energiatermelő felületté válhat
Kifejlesztettek egy új bevonatot, ami a fényt az ablak szélén húzódó cellákra irányítja. A rendszer az átláthatóság megőrzése mellett csökkentheti a napelemek számát.
A Nankingi Egyetem kutatócsoportja bemutatott egy átlátszó, színtelen és egyirányú napfény-koncentrátor anyagot, amelyet egyfajta bevonatként közvetlenül fel lehet vinni a szabványos ablaküvegre.
A kutatók koleszterikus folyadékkristály (CLC) rétegeket alkalmaztak, amelyek mikrométer alatti oldalirányú periodikussággal rendelkeznek. Az így létrehozott, ún. „diffrakciós típusú napfény-koncentrátor” (CUSC) az ablak széléhez irányítja a napfényt, ahol a napenergiát gyűjtő fotovoltaikus cellák találhatók.
Hogyan működik az átlátszó bevonat?
A PhotoniX folyóiratban megjelent tanulmány szerint a hagyományos átlátszó vagy szóráson alapuló koncentrátorokkal szemben – amelyek gyakran vizuális torzulással, alacsony hatékonysággal és rossz méretezhetőséggel küzdenek – az új CUSC szélessávú, polarizáció-szelektív fényszóródást és hullámvezetést ér el.
A tesztelés során kiderült: az anyag anélkül képes erre a bravúrra, hogy rontaná az ablak átláthatóságát.
Az eszköz magas átlagos látható fényáteresztést biztosít (64,2 százalék), miközben a színvisszaadási indexe 91,3. A tudósok mérései alapján a rendszer úgy tud tiszta energiát termelni, hogy közben szinte egyáltalán nem változtatja meg az ablak tulajdonságait.
„A CLC-filmek szerkezetének kialakításával olyan rendszert hozunk létre, amely szelektíven diffraktálja a körkörösen polarizált fényt, és meredek szögben az üveg hullámvezetőjébe irányítja – magyarázta Dr. Dewei Zhang, a tanulmány társszerzője. Ez lehetővé teszi, hogy a beeső zöld fény energiájának akár 38,1 százalékát összegyűjtsük a széleken.”
Ígéretes eredményekkel indul a napelemes ablak története
Az első kísérletek azt mutatták, hogy egy 2,5 centiméter átmérőjű prototípus közvetlenül meg tudott hajtani egy 10 milliwattos ventilátort. A modellezés alapján egy tipikus, két méter széles CUSC-ablak akár ötvenszeresére is koncentrálhatja a napfényt, így akár 75 százalékkal csökkentheti a fotovoltaikus cellák számát.
A rendszer támogatja a nagy teljesítményű PV-cellákkal, például gallium-arzeniddel történő integrációt, amivel a jobb energiaátalakítást lehet elérni.
A többrétegű CLC-filmeket polimerizációs technikákkal állítják elő, és a tudósok azt állítják, hogy a rendszer gyártása kiválóan skálázható egy tekercses eljárással. A kialakítás hosszú távú használat mellett is stabil marad, és nem kellenek hozzá új nyílászárók.
A napfényt koncentráló bevonatok és az ablakszélekre telepített cellák utólag is felvihetők a meglévő ablakokra, hogy támogassák a fenntartható városi energiatermelést.
„A CUSC-kialakítás anélkül jelent komoly előrelépést a napenergia-technológia telepítésében az épített környezetbe, hogy fel kellene áldozni az esztétikai élményt – nyugtázta Wei Hu professzor. – Ez gyakorlati és méretezhető stratégia a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére és az energiatermelés önellátóvá tételére.”
A kutatók folytatják a rendszer fejlesztését, hogy fokozzák annak szélessávú hatékonyságát és polarizáció-szabályozását, lehetővé téve a technológia alkalmazását akár üvegházakban és átlátszó napelemes kijelzőkben. A vízió az, hogy a passzív üveg világszerte aktív, energiatermelő felületté váljon.
A címlapkép illusztráció. Forrás: Freepik
