5 Minute
Introducere
Cercetătorii de la Universitatea Nanjing au dezvoltat o acoperire transparentă care poate transforma sticla obișnuită a ferestrelor într-o suprafață activă de captare a energiei solare, rămânând în mare parte transparentă. Tehnologia, numită concentrator solar de tip difractiv unidirecțional și incolor (CUSC), direcționează o parte a luminii solare incidente lateral în interiorul sticlei către celule fotovoltaice montate la marginile ferestrei. Alte lungimi de undă continuă să treacă prin geam, păstrând lumina naturală și claritatea vizuală.
Abordarea se adresează fotovoltaicii integrate în clădiri (BIPV) și ferestrelor fotovoltaice, un sector concentrat pe încorporarea generării de energie în structurile existente. Dacă ar fi extinsă pentru a acoperi stocul global de ferestre, cercetătorii estimează o contribuție potențială la alimentarea cu electricitate măsurată în terawați, ceea ce face ideea semnificativă din punct de vedere geopolitic și economic pentru strategiile de decarbonizare.
Cum funcționează stratul
Stratul CUSC utilizează straturi suprapuse de cristale lichide colesterice (CLC). CLC-urile sunt o clasă de materiale cristaline lichide cu o aranjare helicoidală a moleculelor care interacționează selectiv cu lumina polarizată circular. Prin proiectarea mai multor straturi CLC cu răspunsuri optice diferite, stratul poate acoperi o porțiune largă a spectrului vizibil, rămânând totuși incolor pentru observatorii umani.
Un element cheie de proiectare este selecția polarizării: filmele difractă și captivează doar o stare de polarizare circulară a luminii. Acea polarizare este ghidată în sticlă la unghiuri abrupte, călătorind prin reflexie internă până ajunge la benzi PV montate pe perimetru. Lumina necaptată — inclusiv polarizarea ortogonală — trece prin geam cu atenuare limitată. Potrivit echipei, stratul transmite 64.2% din lumina vizibilă și păstrează 91.3% din acuratețea perceperii culorilor, menținând calitățile estetice și funcționale așteptate de la ferestre.
Inginerul optic Wei Hu rezumă obiectivul: "Designul CUSC este un pas înainte în integrarea tehnologiei solare în mediul construit fără a sacrifica estetica. Reprezintă o strategie practică și scalabilă pentru reducerea emisiilor de carbon și autosuficiența energetică." Colegul Dewei Zhang adaugă: "Prin proiectarea structurii filmelor din cristale lichide colesterice, creăm un sistem care difractă selectiv lumina polarizată circular, ghidând-o în ghidul de undă din sticlă la unghiuri abrupte."
Rezultate prototip și scalabilitate
Testele de laborator oferă un tablou mixt, dar promițător, al performanței. Sub iluminare cu laser verde — aproape de lungimea de undă la care ochiul uman este cel mai sensibil — sistemul a captat și convertit până la 38.1% din energia incidentă, un prag util pentru anumite aplicații monocromatice. Sub iluminare solară cu spectru larg, mai realistă, concentratorul cu straturi CLC a livrat o eficiență generală de colectare optică de 18.1% în ghidarea luminii către celulele PV montate la margine. Totuși, când se ia în calcul conversia de la un capăt la altul în energie electrică utilizabilă în prototipul actual, eficiența efectivă de conversie a puterii este de aproximativ 3.7%.
Echipa a fabricat un eșantion demonstrativ de o inch care a generat suficientă energie pentru a alimenta un ventilator mic. Scalarea acelui design la ferestre comerciale de dimensiuni normale ar necesita procese de acoperire pentru suprafețe mai mari, laminare sau depunere fiabilă pe sticlă existentă și module PV integrate la margine. Cercetătorii subliniază că sunt necesare îmbunătățiri în stabilitatea materialelor, debitul de fabricație și cuplarea celulelor pentru a crește eficiența practică de conversie și pentru a susține producția în serie.
Tehnologii înrudite includ oxizi conductori transparenți, concentratori solari luminiscenți și integrarea perovskit-pe-sticlă; fiecare abordare echilibrează compromisuri în transparență, cost și durabilitate. Metoda CUSC se distinge prin utilizarea ghidării difractive și controlului polarizării, în locul ciclurilor absorbție-emisie sau compromisurilor de transparență la scară largă.
.avif)
Perspective de la experți
Dr. Maria Alvarez, fizician aplicat specializat în fotovoltaica pentru clădiri, comentează: "Această strategie difractivă, selectivă pentru polarizare, este elegantă deoarece minimizează intruziunea vizuală în timp ce permite colectarea la margine. Eficiența sistemului la nivel de 3.7% este modestă, dar drumul către îmbunătățire este clar: optimizați stiva de cristale lichide, creșteți conversia celulelor de la margine și dezvoltați acoperiri roll-to-roll. Dacă acești pași de inginerie reușesc, tehnologia ar putea deveni un complement important pentru panourile fotovoltaice de pe acoperiș și fațade."
Concluzie
Acoperirea transparentă CUSC dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Nanjing demonstrează o cale practică de a transforma ferestrele obișnuite în elemente producătoare de energie cu impact vizual minim. Punctele forte includ transparența ridicată în spectrul vizibil, fidelitatea culorilor și un mecanism difractiv selectiv față de polarizare care direcționează eficient lumina către celulele fotovoltaice montate la margine. Metricile prototipului arată performanțe promițătoare în ghidarea optică (până la 18.1% pe spectru; 38.1% în testul cu laser verde), dar o eficiență electrică reală de aproximativ 3.7%. Pașii cheie următori sunt îmbunătățirea stabilității materialelor, a proceselor de fabricație și a eficienței de conversie pentru a atinge viabilitatea comercială. Dacă sunt scalate cu succes, acoperirile transparente pentru ferestre precum CUSC ar putea extinde suprafața disponibilă pentru captarea solară în mediile urbane și ar contribui semnificativ la generarea distribuită de energie curată.
Sursa: photonix.springeropen
Comentarii