Оконные солнечные батареи это

Окна батареи. Прозрачные солнечные батареи. Работа и применение

Сравнительно недавно на рынке солнечной энергии стали появляться инновационные разработки, которые предполагают применение оконных стекол в качестве солнечных батарей. Это очень перспективная технология, которая может найти применение не только в городских высотках, но и во многих иных отраслях. При этом над возможностью преобразования окон в окна батареи работает множество компаний.

Одни предлагают устанавливать тонкие полосы кремниевых фотоэлементов прямо между стеклами в стеклопакетах. По внешнему виду подобные окна батареи напоминают открытые жалюзи, в результате они не перекрывают вид из окна. Другие предлагают использовать для окон стекла со специальным полупрозрачным покрытием. Подобный слой является активным, он преобразует световое излучение в электрическую энергию, аккумулируя в специальных полупрозрачных проводниках. Другие предлагают наклеивать на стекло пленку, обладающую свойствами солнечной батареи.

Устройство

Окна батареи в настоящее время выпускаются двух типов: на гибких подложках и на стеклянных основаниях. Но есть и другие разработки.

• Гибкие варианты напоминают тонировочную пленку, их наклеивают на прозрачные конструкции (панели остекления фасадов, окна и так далее). Их светопропускная способность составляет порядка 70%, что фактически не снижает уровня освещенности помещения. Делают их из гибкого композитного материала, который схож с пластиком.

• Второй вариант прозрачных панелей предполагает нанесение двухслойной пленки на закаленное стекло. На закаленную стеклянную подложку (в некоторых случаях триплекс) наносится тонкая пленка аморфного кремния. На нее сверху напыляется прозрачная микропленка кремния. Микропленка преобразует ИК-лучи, а аморфный кремний — видимый спектр.

• Ряд компаний решили не создавать полностью прозрачный фотоэлектрический элемент. Вместо этого они решили взять TLSC, то есть прозрачный люминесцентный солнечный концентратор. TLSC–материал состоит из органических солей, он поглощает невидимое глазу излучение инфракрасного и ультрафиолетового спектра, в результате оно преобразуется в инфракрасные волны некоторой длины (они также невидимы). Указанное инфракрасное излучение идет к краям пластины, где установлены тонкие полоски фотоэлектрических солнечных батарей.
• Последней разработкой ученых является абсолютно прозрачный материал, который при поглощении солнечного света может генерировать его электричество. Материал представляет пленку из полупроводникового полимера, который насыщен углеродными «мячиками» фуллеренов. Уникальность этого материала в том, что при определенных условиях он формирует упорядоченную структуру, которая напоминает пчелиные соты при многократном приближении.

Принцип действия

• Прозрачные пленки для окон содержат активный люминесцентный слой. Небольшие органические молекулы поглощают определенные длины волн солнечного света. При этом имеется возможность настраивать структуру под определенные длины волн. Так эти материалы могут поглощать лишь ультрафиолет и лучи с практически инфракрасной длиной волны, чтобы впоследствии «подсвечивать» иную длину волны в инфракрасном диапазоне.
• «Светящийся» инфракрасный свет может быть преобразован в электроэнергию при помощи тонких полосок фотоэлектрических солнечных элементов батареи. Вследствие того, что указанные материалы не излучают и не поглощают свет в видимом спектре, то смотрятся они для человеческого глаза абсолютно прозрачно.
• Совершенно новый подход в создании окна батареи демонстрирует технология создания материала, который создает электрический ток при его облучении. Происходит это так:

— Через тонкий слой материала, который находится в жидком состоянии, направляются микроскопические капли воды.
— По мере остывания полимера капли равномерно распределяются по поверхности и испаряются.
— В результате создается текстура из шестиугольников, их плотность определяется скоростью испарения и определяет эффективность переноса заряда. Другими словами, чем плотнее упаковка, тем эффективнее материал.
— Нити полимера распределяются по граням шестиугольников. При этом они остаются пустыми, а сам материал выглядит практически полностью прозрачным. Однако плотно упакованные нити вдоль граней превосходно поглощают солнечный свет, а также проводят электрический ток, который в том числе создается при облучении солнечным светом материала.

Особенности

• Главная особенность уже создаваемых панелей заключается в применении невидимого спектра солнечных лучей, то есть его ультрафиолетовой и инфракрасной частей.
• Поглощение и «переработка» инфракрасного излучения позволяет добиться важного достоинства — минимизация теплового воздействия. Это крайне важно для стран с жарким климатом. Именно ИК-спектр лучей приводит к нагреванию поверхностей и необходимости охлаждать их. Прозрачные панели солнечных батарей поглощают ИК-лучи, при этом не разогреваются сами. В результате можно минимизировать траты на системы охлаждения.
• На текущий момент освоенные технологии прозрачных солнечных батарей демонстрируют малый КПД. Но с усовершенствованием технологий КПД будет повышаться. Даже малая производительность будет окупаться отсутствием необходимости поиска места установки и легкостью монтажа. Значительная площадь стеклянных конструкций, которые фактически не приносят практической пользы, позволит вырабатывать существенное количество электроэнергии.

Достоинства и недостатки

К достоинствам можно отнести:

• Удобство применения, нет необходимости искать дополнительное место для развертывания батарей, ведь они сами размещаются в стекле. Они не занимают места.
• Легкость монтажа.
• Экологичность.
• «электростекла» отбирают часть энергии света, вследствие чего здания меньше нагреваются. Это позволяет снизить затраты на вентиляцию и кондиционирование. Особенно это актуально в странах с солнечным и жарким климатом.
• Возможность широкого применения.

К недостаткам можно отнести:

• Окна батареи не совершенны и многие из них забирают часть света, которое должно попасть в помещение.
• Низкий КПД.
• Малая распространенность.
• Не проработанность технологий.

Перспективы и применение

Окна батареи в ближайшем будущем вполне могут заменить обычные стекла в:

• Домах и других зданиях.
• Электронных приборах.
• Автомобилях.

Некоторые компании уже производят стекла в небольших количествах для установки в зданиях, это японская корпорация Sharp и ряд других. Возможности применения подобного изобретения довольно обширны, но эффективность технологии на данный момент ограничивается несовершенством технологии. Уже апробированные технологии обеспечивают всего 1%, а более продвинутые — 5-7%.

Тем не менее, перспективы прозрачных солнечных батарей обширны. Так замена дисплея смартфона или ноутбука на новый «солнечный» экран позволит существенно увеличить срок его работы без подзарядки. Города будущего смогут превратиться в экологичные электростанции без установки дополнительного оборудования — здания смогут сами себя снабжать энергией.

Источник

Солнечные окна изменят мировой рынок

Солнечные окна и квантовые точки делают окно источником энергии

Плюсы и минусы солнечных окон

Как делают окна будущего

Альтернативы пленкам есть: окна с квантовыми точками

Между тем, Solar Window не единственная компания, которая преуспела в создании инноваций, позволяющих использовать пространство окна для пополнения и умножения солнечной энергии. Группа американских инженеров из лаборатории в г. Лос-Амос смогла добиться того, чтобы солнечные панели были встроены непосредственно в окно без ущерба для его светопрозрачности.

Стекло превращается в солнечную батарею с помощью «вживленных» в него квантовых точек. Их называют ЛСК — люминесцентные солнечные концентраторы. ЛСК собирают энергию солнца как цветок и направляют свет с больших площадей на микроэлементы. Особенностью ЛСК является то, что ими можно управлять. Например, можно настроить пучок таких точек на сбор света с фиксированной длиной волны и игнорирование всех других волн. Состоят такие квантовые точки из полупроводников и поливинилпирролидона.

Преимущество технологии в долговечности продукта и его устойчивости к различным атмосферным явления. Кроме этого, квантовые точки хорошо интегрируются не только на стекло стандартных размеров, но и в огромные фасадные панели из стекла и полностью исключает необходимость использования дорогих фотоэлектрических материалов. До внедрения в массовое производство инновации не хватает хороших показателей по КПД: 6%. Пока эта цифра остается на отметке 1,9%. При хороших результатах новинка обещает сделать нулевым потребление энергии в городах. Скажем, 12 000 панелей в окнах Всемирного делового центра обеспечат электричеством 350 жилых помещений.

Крыша дома моего – это электрогенератор!

Зеленая энергетика – в массы!

Tesla наиболее известная в производстве энергогенерирующих крыш, но не единственная. Интерес к возобновляемым источникам энергии заставил многих производителей задуматься об их эргономике, эстетике и интеграции в привычную среду: ведь в чистом виде панели выглядят довольно технократично и «бесчеловечно». Отсюда многообразный дизайн крыш, который должен имитировать традиционные строительные материалы, такие как дерево и камень. Компания Sistine Solar производит солнечные панели в виде черепицы, кирпичной кладки и даже мха. Итальянцы из фирмы Dyaqua решили сконцентрироваться на производстве покрытий для исторически ценных зданий: их панели имитируют деревянный брус, камень, старую черепицу.

Подход Tesla более широкий: она работает с энергией в трех аспектах – производство, накопление и транспорт. Черепица для крыш в содружестве с аккумуляторами нового поколения Power 2 полностью реализует задумку Мастер-плана Два от Илона Маска: согласно ему здание полностью переводится в режим работы на солнечной энергии.

Новинки Tesla пока доступны только американцам, но уже готовятся расширить ареал своего применения и начать движение на экспорт. Как это изменит реальный мир и экономику – покажет время. Все перечисленные технологически инновации при условии объедения способны кардинально влиять на развитие оконной индустрии и снижение потребления обычных источников энергии, что приведет к энергетической революции во всем мире.

Конечно, это процесс не одного дня. Сегодня продукты рынка солнечной энергетики все еще являются роскошью для рядового покупателя. Причиной тому, сравнительно высокая стоимость.

Источник

Ученые превратили окна в солнечные батареи

Группа инженеров из Национальной лаборатории Лос-Аламоса разработала методику создания окон с функциями солнечных батарей. С помощью солнечных концентраторов на основе квантовых точек можно производить оконные панели большого размера, способные обеспечить электроэнергией целое здание.

Для создания солнечных окон ученые использовали «метод скальпеля», который напоминает технологии, применяемые в полиграфии, чтобы удалить излишек чернил и сделать поверхность однородной. Ученые нанесли на тонкий срез стекла смесь из поливинилпирролидона и крошечных полупроводников — коллоидных квантовых точек.

Полученные люминесцентные солнечные концентраторы (ЛСК) позволяют управлять процессом «впитывания» света и выполняют роль светособирающей антенны для концентрации солнечной энергии с большой поверхности на миниатюрные солнечные элементы. Свойства квантовых точек при этом можно настраивать таким образом, чтобы они впитывали свет лишь с определенной длиной волны и отсеивали неподходящие варианты. Кроме того, коллоидные квантовые точки устойчивы к свету и могут прослужить долгое время, пишет Inhabitat.

Правда об изменении климата: все хуже, чем все думали

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Nanotechnology, ученые отметили, что тонкий слой квантовых точек на поверхности стекла может сохранять свойства в течение 14 лет с КПД преобразования 1,9%. Чтобы разработка получила практическое применение, нужно добиться КПД как минимум в 6%.

Обычно для таких исследований используются небольшие стеклянные квадраты, но инженеры Лос-Аламоса смогли придать свойства солнечных батарей широким стеклянным панелям. Покрытие такого типа позволит превращать фасады зданий в мощные генераторы энергии.

Применение ЛСК также поможет сократить затраты на солнечную энергию. В отличие от обычных солнечных модулей, инновационным окнам не нужны дорогостоящие фотоэлектрические материалы.

Миллиардеры Кремниевой долины построят свой изолированный остров

По мнению Сергио Бровелли из Университета Милано-Бикокка, одного из координаторов исследования, технология может стать основой для создания городов с нулевым потреблением энергии. Ученый подсчитал, что если установить 12 000 оконных панелей на поверхности Всемирного торгового центра 1, то энергии хватит на обеспечение 350 квартир.

Недавно схожее решение представил стартап SolarWindow Technologies. Компания разработала специальное покрытие для стекол на основе углеродного материала, водорода, азота и кислорода. Если покрыть все стеклянные поверхности современного небоскреба составом от SolarWindow, то 30-50% необходимой зданию энергии можно будет получать от солнца. При этом солнечные окна будут вырабатывать в 50 раз больше энергии, чем сопоставимые фотоэлектрические элементы на крыше.

Water Seer производит 40 литров воды в день из воздуха

Ранее ученые из ИТМО представили оптические люминесцентные стекла, которые преобразовывают разрушительную для солнечного модуля энергию ультрафиолетового излучения и используют ее для дополнительной подзарядки. Если покрыть таким стеклом солнечную панель, то ее КПД может повыситься в два раза за счет преобразования ультрафиолета в электроэнергию.

Источник

Оконные стёкла могут вырабатывать электричество не хуже солнечных панелей на крыше

Исследователи давно мечтают о солнечных панелях для остекления фасадов зданий и для обычных оконных проёмов. Это означает, что здания и их обитатели получат доступ к условно бесплатной электроэнергии из возобновляемых источников. Оконные стёкла с функцией выработки электричества сэкономят огромные площади за счёт сравнительно небольшого увеличения вложений на этапе строительства. Помочь в этом может новая технология, разработанная в Австралии.

Типичный фасад многоэтажного здания. Сколько места пропадает зря.

Функцию окон и остекления фасадов могут выполнять солнечные панели, которые частично пропускают свет. Традиционно окна в многоэтажных зданиях офисного назначения тонируют, что особенно актуально в странах с жарким климатом. Исследователи из Университета Монаша совместно с группой учёных из Австралийского национального научного агентства CSIRO под руководством представителей Центра передовых технологий ARC решили, что привычную тонировку вполне можно заменить остеклением с функцией выработки электричества. Разработанные таким образом стёкла-панели пропускали от 10 до 30 % света, что сопоставимо с обычным тонированием стекла.

Частично пропускающие свет панели показали эффективность в пределах от 15 до 20 %. Например, при эффективности 17 % через солнечные панели для остекления проходило более 10 % падающего видимого света. Это показатели, которые открывают потенциальную возможность для появления в зданиях окон с возможностью вырабатывать электроэнергию. С этой целью исследователи начали совместную работу над коммерческим продуктом с крупнейшим австралийским производителем стекла компанией Viridian Glass.

«Разработка таких солнечных окон предоставляет возможность, которая может привести в будущем к новшествам в технологиях остекления», ― сказала представитель Viridian Glass Джатин Ханна (Jatin Khanna). «Хотя до того, как мы увидим первое коммерческое применение, может пройти до 10 лет, в зависимости от того, насколько хорошо технология масштабируется».

По мнению учёных, новая технология стоит потраченных на неё усилий. С каждого квадратного метра «солнечного» стекла можно вырабатывать до 140 Вт электричества. Секрет изобретения кроется в использовании в солнечных панелях-окнах перовскита и органического материала poly-VNPB для увеличения стабильности панели вместо традиционного в таких случаях Spiro-OMeTAD. Статья об этой работе будет опубликована в мае в журнале Nano Energy, но есть бесплатный доступ к предварительной публикации.

На этом исследователи не остановились и начали изучать возможность создания тандемных конструкций солнечных стёкол, когда вместе соединяются два типа ячеек для сбора энергии от разных диапазонов излучения и для повышения КПД.

Источник