Полностью прозрачные солнечные окна ClearVue

Наночастицы помогут сделать полностью прозрачные солнечные окна для BIPV

Компания из Австралии ClearVue Technologies заявляет, что в скором времени выпустит полностью прозрачные солнечные окна, масштабируемые по размерам и готовые для массового производства. Благодаря партнёрству с Австралийским Центром Передового опыта эффективность преобразования в 5% будет достигнута всего через 18 месяцев. Сейчас эффективность почти полностью прозрачного солнечного окна – 3,3%.

Представьте себе город, где высотные здания из стекла и металла незаметно для человека собирают энергию невидимого светового спектра, чтобы обеспечить жителям как полностью прозрачный вид из окна, так и чистую энергию…

Что ж, вы не первые, кто представляет себе такое будущее. Солнечные окна уже почти полвека будоражат умы ученых и инженеров. Особенность солнечных окон в том, что они должны поглощать невидимые световые лучи, такие как УФ-спектр, но оставлять видимый спектр нетронутым. Затем им нужно преобразовать этот невидимый свет в более длинную волну, удержать его внутри окна и направить к краю, где встроенный в раму окна солнечный элемент готов к тому, чтоб принять его и переработать в электричество.

Конечно же, если мы не говорим о том, что полупрозрачный тонкоплёночный солнечный элемент «наклеивается» поверх обычного стекла. Как это делается в США для автономных теплиц.

Солнечные окна: перспективы и проблемы

Одно дело создать солнечное стекло без каких-либо оптических искажений и изменений цвета. Но настоящий камень преткновения — это создание масштабируемого устройства, которое можно производить массово с использованием обычных промышленных производственных процессов.

«Это трудно. Но мы уже преодолели эту сложность», — сказал исполнительный директор ClearVue Technologies Виктор Розенберг (Victor Rosenberg) в интервью издательству PV-Magazine Australia.

На данный момент ClearVue Technologies выпускает солнечные окна стандартного строительного размера 3,5х1,6 метра с эффективностью преобразования света в электроэнергию в 3,3%. Оно обеспечивает более 30Вт с одного квадратного метра окна при сохранении более 70% прозрачности для солнечного спектра. Видимого и невидимого.

Солнечные окна clearvue на тестовом объекте
Солнечные окна clearvue на тестовом объекте

Примечательно, что ещё год назад, в сентябре 2020 года КПД окон составлял 1,9%.

ClearVue Technologies планирует повысить эффективность до 5% в течение следующих 18 месяцев с помощью исследователей из Центра передового опыта экзитонов ARC. ARC (Australian Research Council) — Австралийский Исследовательский совет, один из двух самых передовых государственных исследовательских агенств. Трое исследователей Центра в настоящее время разрабатывают наночастицы для передачи невидимых световых волн способами, которые ученые описали, как своего рода «прорыв».

«Наш научный вклад будет в основном «улучшать» окно, которое они уже производят»,

— сказал Ник Кирквуд (Nick Kirkwood), исследователь Центра

ClearVue Technologies — далеко не единственная компания в мире, разрабатывающая солнечные окна, но Виктор Розенберг считает, что они единственные, у кого есть полностью прозрачное и масштабируемое окно на рынке. Розенберг сказал, что стремится интегрировать солнечные окна в строительную отрасль, где они могут использоваться в офисных зданиях, небоскребах, автобусных остановках, аэропортах и ​​теплицах.

«Везде, где вы видите стекло, может быть наш продукт» — сказал Розенберг.

Квантовая выработка

Наночастицы (или «квантовые точки») были тем самым недостающим элементом, отсутствие которого не позволяло мечтам о прозрачном солнечном окне стать повседневной реальностью.

«Производство наночастиц очень высокого качества — относительно недавняя разработка, и сейчас мы можем контролировать эти синтетические методы, чтобы делать хорошие частицы»,

— сказал Кирквуд

Работа наночастиц заключается в том, чтобы поглощать солнечный свет, а затем повторно излучать его (перенаправлять) внутри окна на другой длине волны. Первая часть этой работы – поглощение — называется «квантовой выработкой (или «квантовым выходом»). Он характеризуется отношением процента фотонов, излучаемых (перенаправляемых) наночастицами, к тому, сколько они их до этого поглотили. Чем больше число перенаправленных фотонов, тем лучше.

Элис Чен (Alice Chen) руководит исследованием наночастиц экситонов для ClearVue, основываясь на работе своего коллеги Тима Уорнера (Tim Warner). Ей удалось добиться, чтобы в тестовых образцах ее наночастицы достигли квантовой выработки в 80%. Но при масштабировании это число имеет тенденцию снижаться примерно до 60%.

«Выращивание наночастиц — это настоящие химические реакции. Мы готовим их в лабораторных стаканах в нашей лаборатории, поэтому мы можем варьировать температуру, время и то, что мы добавляем», — сказал Кирквуд.

Стоксов сдвиг и переизлучение

Вторая задача наночастиц — переизлучать поглощённый свет с другой длиной волны, известной как «стоксов сдвиг». Это нужно для того, чтоб соседняя наночастица не поглотила его (свет) и он беспрепятственно добрался до рамы, где его бы благополучно встретили солнечные элементы.

Солнечное окно ничем не отличается от стандартного
Солнечное окно ничем не отличается от стандартного

Опять же, чем больше стоксов сдвиг, тем лучше. Вы же не хотите, чтобы одна наночастица излучала свет, а соседняя наночастица поглощала его обратно. Скорее, вы хотите, чтобы все другие наночастицы игнорировали свет, позволяя ему беспрепятственно продвигаться в сторону окна. Здесь Чен одержала еще одну победу, достигнув максимального сдвига между поглощенной и испускаемой световыми волнами. Таким образом, стекло с наночастицами работает как волновод (оптическое волокно).

Но, конечно, есть загвоздка. Угол, под которым повторно излучается свет, всегда случайный, поэтому есть шанс, что он просто вернется обратно тем же путем, каким пришел. Обычно вы теряете около 25% света, падающего на окно.

«Это одна из проблем, с которой нам предстоит работать»,

— сказал Кирквуд

Повышаем эффективность и строим планы на будущее

Третий исследователь команды, Тим Уорнер изучает эффекты изменения формы наночастиц и то, как это влияет на угол повторного излучения света. «Если вы используете наночастицу, имеющую форму стержня, а не сферы, у вас будет больше контроля над тем, куда будет идти свет», — пояснил Уорнер.

Это небольшое, но важное исследование ещё не апробировано на производстве, потому что учёным ещё не удалось добиться полной прозрачности стержневидных наночастиц. Однако в этом они видят не только повышение прозрачности стекла, но также и повышение КПД преобразования. Этим и займутся в ближайшие 18 месяцев исследователи Центра передового опыта ARC и специалисты ClearVue Technologies. Получится ли у них — узнаем через полтора года.

Если Вам понравилась статья, Вы можете поддержать проект финансово с помощью Яндекс.Денег или став нашим патроном на сервисе Patreon:

Также Вы можете подписаться, оставив свой e-mail в форме ниже, и получать уведомления о выходе новых статей, интересные анонсы и новости проекта Solar-News

Присоединиться к еще 190 подписчикам

По материалам PV-Magazine


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *