Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса продемонстрировали прототип двойного оконного стеклопакета с квантовой настройкой, работающего на солнечной энергии, размером 6 дюймов. Окно уникально, даже для солнечного окна, тем, что внешняя оконная панель имеет квантовые точки, преобразующие ультрафиолетовый и синий свет в более легко поглощаемые частоты для обычных солнечных элементов, которые преобразуют их в электричество. Та же технология, примененная к стандартной солнечной панели, предполагает снижение стоимости электроэнергии от этой панели до 34%.
«Этот подход дополняет существующую фотоэлектрическую технологию, добавляя высокоэффективные коллекторы солнечного света к существующим солнечным панелям или интегрируя их в качестве полупрозрачных окон в архитектуру зданий», — сказал ведущий исследователь, доктор Виктор Климов.
Чтобы превратить окно в «тандемный люминесцентный коллектор солнечного света», команда из Лос-Аламоса наносит слой высоко излучающих легированных марганцем квантовых точек на внешнюю поверхность внешнего стеклянного полотна (верхний слой на левом изображении ниже) и слой квантовых точек меди, индия и селенида на внутреннюю поверхность внутреннего (нижнего) полотна.
Внешнее полотно поглощает синюю и ультрафиолетовую части солнечного спектра и переизлучает их в цветах, которые может поглотить стандартная солнечная ячейка. Затем переизлученный свет направляется путем внутреннего отражения (среднее изображение ниже) в стеклянном полотне к краям окна, где солнечные элементы расположены перпендикулярно стеклянному полотну.
Третье изображение демонстрирует поглощение и перенаправление фиолетовых и синих длин волн к краям, в то время как оставшийся свет продолжает идти ко второму стеклянному полотну – которое также перенаправляет свет к солнечным элементам по краям полотна.
«Прототип устройства продемонстрировал высокую оптическую квантовую эффективность 6,4% при освещении солнечным светом и эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую 3,1%».
Авторы протестировали множество материалов и предложили множество комбинаций для точной настройки (и повышения) эффективности. Например, используя стеклянное полотно размером с окно — около 20 дюймов — тандемное окно может более чем удвоить объем фотонов, поступающих на фотоэлектрические элементы.
В дополнение к стандартному двухкамерному окну — исследователи также предложили использовать первый слой стекла для размещения поверх стандартной солнечной панели.
Промышленность пыталась решить проблему «потерянного спектра» с помощью многопереходных солнечных элементов. Международная космическая станция использует многопереходную солнечную панель, которая достигает до 40% и более эффективности. Исторически эти продукты были очень дорогими. Квантовые точки, нанесенные на стекло, гораздо дешевле:
Общая стоимость стеклянных материалов составляет 2 доллара за квадратный метр для тандемного LSC размером 1×1 м2. Приблизительно оценивая стоимость других компонентов, необходимых для сборки полного устройства, в 1 доллар за квадратный метр, общая стоимость тандемного LSC составляет около 5,01 доллара за квадратный метр. Это примерно в 20 раз ниже типичной стоимости кремниевого фотоэлектрического модуля (около 100 долларов за квадратный метр).
Стандартная коммерческая солнечная панель имеет размер около двух квадратных метров и примерную стоимость 10 долларов за панель (8,33 доллара за панель для 60-элементной бытовой солнечной панели) – при применении к современной солнечной панели мощностью 350 Вт стоимость добавит 2,9 цента за ватт к стоимости модуля.
Предыдущее исследование отметило, что солнечный стеклопродукт с эффективностью 5% мог бы производить эквивалент 40% потребностей США в электроэнергии при широком внедрении – пропорционально, продукт с эффективностью 3,1% мог бы покрыть 24,8% потребностей США в электроэнергии при аналогичном внедрении.
Автор предполагает, что применение этого слоя квантовых точек с дальнейшим совершенствованием может обеспечить экономию затрат на солнечную электроэнергию на 34% по сравнению со стандартной автономной солнечной панелью. Задается вопрос доктору, чтобы определить, относится ли процент эффективности к площади, эквивалентной окну, или к площади солнечных элементов вдоль края стеклянного полотна. Если это стеклянное полотно, фактический прирост эффективности будет гораздо ниже, однако экономия в 28-34% от выходного материала (электроэнергии) предполагает, что эффективная площадь больше, чем солнечные элементы по краю полотна.
Мнение Electrek
Меня, конечно, больше всего интересует, насколько такую эффективность можно добавить к стандартной солнечной панели, изменяя только внешний стеклянный слой панели. Это, кажется, даст одно дополнительное преимущество – те синие и фиолетовые фотоны, которые уже были поглощены, не будут попадать на основную панель и бесполезно рассеиваться, нагревая ее и снижая эффективность. Они будут менять цвет и превращаться в электричество.
При стоимости 2,9 цента за ватт для нового оборудования и, казалось бы, дешевых, доступных материалов – я определенно был бы заинтересован увидеть более дешевую солнечную электроэнергию.
Я подумал, что стоит привести полный титул исследователя из письма доктора мне, поскольку он показался мне весьма славным:
Доктор Виктор Климов, доктор философии, доктор наук / Научный сотрудник / Директор Центра передовой солнечной фотофизики / Национальная лаборатория Лос-Аламоса
Рассматриваете установку солнечных панелей для дома? Understand Solar свяжет вас с местными подрядчиками, напишите мне в Twitter, и я дам вам отзыв, или позвольте мне провести профессиональную консультацию по установке панелей для дома, которая сэкономит вам деньги.
Для получения дополнительных новостей об электромобилях, автономном транспорте и чистых технологиях обязательно подписывайтесь на нас в Twitter, рассылке, RSS или Facebook, чтобы получать наши последние статьи.