Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) продемонстрировала прототип умного окна на солнечной энергии. Умное окно снижает температуру в зданиях, переключаясь из прозрачного состояния в непрозрачное под воздействием яркого солнечного света. При переходе в непрозрачное состояние прототип на солнечной энергии начинает вырабатывать электричество.
Протестированные прототипы достигли эффективности до 11,3%. Солнечный элемент основан на популярном в лабораториях материале – перовските.
Одной из потенциальных функций умных окон является затемнение, чтобы минимизировать тепло, поступающее в помещение. Отопление, охлаждение и вентиляция коммерческих зданий составляют до 80% их расходов на энергию.
В США до 80% жилых и 50% коммерческих помещений используют стекло с покрытием типа «Low-E» (с низким коэффициентом теплового излучения). В данном конкретном устройстве процесс умного затемнения запускает выработку электричества, когда стекло становится солнечным элементом посредством химической реакции, вызванной теплом.
Описанная химическая реакция:
При освещении фототермический нагрев переключает поглощающий слой — состоящий из комплекса перовскита-метиламина галогенида металла — из прозрачного состояния (видимая пропускаемость 68%) в поглощающее, фотовольтаическое цветное состояние (видимая пропускаемость менее 3%) из-за диссоциации метиламина. После охлаждения комплекс метиламина восстанавливается, возвращая поглощающий слой в прозрачное состояние, в котором устройство функционирует как окно для видимого света.
Изображение структурного изменения, описанного выше, приведено на изображении «а» ниже:
На изображении «d» выше устройство смогло производить энергию на высоком уровне только в течение первого цикла перехода из прозрачного состояния в непрозрачное. Устройство быстро снижается с 1 мА до 50% к 3-му переключению. NREL отмечает, что это, очевидно, требует исправления.
В статье, в разделе под названием «Механизм переключаемой деградации устройства», подробно рассматриваются наблюдения за химическими проблемами, приводящими к деградации, показанной на изображении выше. Существующие умные окна работают в течение 50 000 циклов. Ожидается, что стандартная солнечная панель будет иметь эффективность выше 80% в течение 9 125 полных дневных циклов (25 лет).
«Чемпионский» прототип достиг пиковой эффективности в 11,3%, в то время как средняя эффективность пяти устройств составила 10,3%.
Недавно группа опубликовала анализ, предполагающий, что 40% электроэнергии США может поставляться через окна зданий. Их модель прогнозировала, что для достижения этих показателей площадь стекла от 5 до 7 миллионов квадратных футов должна иметь эффективность около 5%.
Мнение Electrek
В сфере солнечных стекольных материалов наблюдается забавная динамика. Мы очень хотим, чтобы дополнительный солнечный свет проникал в здания, чтобы улучшить наше самочувствие, но мы также хотим использовать солнечный свет и преобразовывать его в электричество. И, конечно же, мы хотим, чтобы наши здания были более энергоэффективными – и иногда немного менее яркими, поэтому мы пытаемся регулировать количество солнечного света, проникающего через окна, для обогрева зданий.
Что бы вы почувствовали, если бы получили тот угловой офис, а оказалось, что вы все еще находитесь в пещере? Наверное, это не имело бы большого значения, поскольку индустрия затемняющих умных окон уже существует, и мы показали, что готовы к компромиссам, но это достаточно серьезная динамика, чтобы мы пока не закрыли все наши окна солнечными панелями.
Мне интересно, можно ли разработать продукт, который позволял бы нам выбирать степень затемнения наших окон – так, чтобы мы могли выбирать то, что соответствует личным предпочтениям. Однако, если владелец здания вкладывает значительную сумму денег в новые окна специально для получения солнечной электроэнергии, он может не ценить ваш комфорт выше своих счетов за электричество.
Одна из проблем достижения 80% электроэнергии, поступающей от умных солнечных окон, заключается в том, что нам просто требуется много времени, чтобы заменить огромный объем наших зданий. Это красивая цифра для заголовка, чтобы привлечь внимание, но реальный рост в этой области, скорее всего, будет происходить по мере модернизации национального жилищного фонда. Однако, если уровни эффективности будут продолжать расти, возможно, наступит время, когда производимой электроэнергии будет достаточно для покрытия затрат на модернизацию.
Рассматриваете установку солнечных батарей для дома? Understand Solar свяжет вас с местными подрядчиками. Напишите мне в Twitter, чтобы обсудить предложения.
Для получения последних новостей об электромобилях, автономном транспорте и чистых технологиях, обязательно подпишитесь на нас в Twitter, Рассылке, RSS или Facebook, чтобы получать наши последние статьи.