Διαφανή ηλιακά πάνελ έτοιμα να φέρουν επανάσταση στην ανανεώσιμη ενέργεια

Φανταστείτε ένα μέλλον όπου οι ορίζοντες των πόλεων δεν κυριαρχούνται από γκρίζο σκυρόδεμα αλλά λάμπουν από γυάλινα κτίρια που παράγουν τη δική τους ενέργεια.Φανταστείτε smartphones που φορτίζονται με το φως του ήλιου αντί για καλώδιαΑν και αυτό μπορεί να ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, η διαφανής ηλιακή τεχνολογία γίνεται σιγά-σιγά πραγματικότητα που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που σκεφτόμαστε την ενέργεια.

Πρώτα, ας ξεκαθαρίσουμε μια κοινή παρανόηση: οι διαφανείς ηλιακοί συλλέκτες δεν είναι εντελώς διαφανείς όπως το κανονικό γυαλί.επιτρέποντας στο φως να περάσει ενώ απορροφά άλλα μήκη κύματος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειαςΣκέψου τα σαν γυαλί με ειδική επικάλυψη που συλλαμβάνει συγκεκριμένα μήκη κύματος φωτός για μετατροπή ενέργειας.

Το 2014, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν αποκάλυψαν ένα πρωτοποριακό υλικό που ονομάζεται "διαφανής φωτεινός ηλιακός συγκεντρωτής" (TLSC).Αυτό το φαινομενικά διαυγές στερεό θα μπορούσε να λειτουργήσει σαν παραδοσιακά ηλιακά πάνελΕνώ η ευρεία εμπορική χρήση απέχει χρόνια, αρκετές εταιρείες διερευνούν ήδη εφαρμογές για αυτό το "φωτοβολταϊκό γυαλί" ή "ηλιακό γυαλί"," με ποικιλίες διαφάνειας από παγωμένη σε σχεδόν καθαρή.

Το φως του ήλιου περιέχει διάφορα μήκη κύματος που αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα.Τα παραδοσιακά ηλιακά πάνελ απορροφούν όλο το ορατό φως, αλλά οι διαφανείς εκδόσεις συλλαμβάνουν επιλεκτικά το υπεριώδες και το υπέρυθρο φως επιτρέποντας την διέλευση του ορατού φωτός.

Αυτή η επιλεκτική απορρόφηση γίνεται δυνατή από οργανικούς ημιαγωγούς, ειδικά υλικά που απορροφούν συγκεκριμένα μήκη κύματος του φωτός και τα μετατρέπουν σε ηλεκτρόνια.Αυτά τα ηλεκτρόνια περνάνε από το ηλιακό κύτταρο για να παράγουν ηλεκτρισμό.Ένα τυπικό σύστημα TLSC περιλαμβάνει:

• Διαφανές υπόστρωμα:Συνήθως γυαλί ή πλαστικό που παρέχει δομική υποστήριξη
• Φωτεινές χρωστικές ύλες:Απορροφούν ορισμένα μήκη κύματος φωτός και τα εκπέμπουν ξανά ως διαφορετικά μήκη κύματος
• Οδηγός κύματος:Διαφανής δομή που κατευθύνει το επαναεκπεμπόμενο φως
• Ηλιακές κυψέλες:Εγκαταστάθηκαν στις άκρες του κυματοδηγού για τη μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια

Η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει τέσσερα βασικά βήματα: την απορρόφηση του φωτός από τις χρωστικές, τη μετατροπή του μήκους κύματος, την ανακατεύθυνση του φωτός μέσω του κυματοδηγού και την τελική μετατροπή της ενέργειας στα ηλιακά κύτταρα.Αυτό το κομψό σύστημα επιτρέπει τόσο την παραγωγή ενέργειας όσο και μερική διαφάνεια.

Οι διαφανείς ηλιακοί συλλέκτες προσφέρουν αρκετά σημαντικά οφέλη που υπερβαίνουν πολύ την οπτική τους ελκυστικότητα:

• Συμπλήρωση χωρίς προβλήματα:Μπορούν να ενσωματωθούν στα σχέδια κτιρίων χωρίς την ογκώδη εμφάνιση των παραδοσιακών πάνελ
• Πολυδιάστατες εφαρμογές:Οι πιθανές χρήσεις κυμαίνονται από παράθυρα και οροφυλάκια έως οθόνες smartphone και ηλιακές οροφές οχημάτων
• Ανανεώσιμη ενέργεια:Χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να μειώσουν την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα
• Αποδοτικότητα χώρου:Χρησιμοποιούν υφιστάμενες επιφάνειες κτιρίων χωρίς να απαιτούν πρόσθετη γη
• Μακροπρόθεσμη εξοικονόμηση:Ενώ τα αρχικά έξοδα είναι υψηλά, μπορεί να προσφέρουν καλύτερη αξία στη διάρκεια ζωής από τις συμβατικές επιλογές

Η αξιολόγηση των διαφανών δαπανών των ηλιακών συλλόγων εξακολουθεί να αποτελεί πρόκληση λόγω της περιορισμένης υιοθέτησης από κατοικίες.που καθιστούν τις εκτιμήσεις εγκατάστασης στο σπίτι σε μεγάλο βαθμό εικαστικές.

Η Βίβιαν Λόφτνεστ, καθηγήτρια στο Ινστιτούτο Ενέργειας Γουίλτον Ε. Σκοτ του Πανεπιστημίου Κάρνεγκι Μέλον, υπολογίζει ότι τα διαφανή ηλιακά παράθυρα θα μπορούσαν να κοστίζουν μέχρι και 1.000 δολάρια το ένα.Για σπίτια με πολλά παράθυρα, το συνολικό κόστος αντικατάστασης μπορεί να υπερβαίνει τα 10.000 δολάρια για μια σημαντική επένδυση.

Σύμφωνα με το Solar Tech Advisor, οι διαφανείς ηλιακοί οροφήματα θα μπορούσαν να κοστίζουν έως και 25 δολάρια ανά τετραγωνικό πόδι, πέντε φορές περισσότερο από τα παραδοσιακά πάνελ στέγης.Παρόλα αυτά, η Loftness σημειώνει ότι αυτά τα πάνελ μπορούν να διαρκέσουν 50 έτη σε σύγκριση με τη διάρκεια ζωής 25-30 ετών των συμβατικών πάνελ, προσφέροντας δυνητικά χαμηλότερα μακροπρόθεσμα κόστη συντήρησης.

Παρά την υπόσχεσή τους, τα διαφανή ηλιακά πάνελ αντιμετωπίζουν σημαντικά μειονεκτήματα, ιδίως όσον αφορά την αποδοτικότητα.σε σύγκριση με το 20% για τα τυποποιημένα οικιακά πάνελ και σχεδόν το 40% για τα εμπορικά μοντέλα premium.

Αυτό το κενό αποτελεσματικότητας σημαίνει ότι απαιτούνται πιο διαφανή πάνελ για να ταιριάζουν με την παραγωγή των παραδοσιακών συστημάτων, αυξάνοντας τα προκαταρκτικά κόστη.περιορισμός της αποτελεσματικότητας σε βροχερά κλίματα.

Άλλες προκλήσεις περιλαμβάνουν:

• Δυνατότητα:Τα οργανικά υλικά αποσυντίθενται γρηγορότερα υπό την έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία και υγρασία
• Σταθερότητα των επιδόσεων:Η αποτελεσματικότητα μπορεί να μειωθεί με την πάροδο του χρόνου
• Ασφάλεια υλικών:Μερικά εξαρτήματα μπορεί να απαιτούν ειδικό χειρισμό

Οι ειδικοί πιστεύουν ότι η διαφανής ηλιακή τεχνολογία δεν θα αντικαταστήσει σύντομα τα συστήματα στέγης." Οι περιορισμοί της αποδοτικότητας τοποθετούν τα διαφανή πάνελ περισσότερο ως συμπληρωματικές λύσεις.

Τα σπίτια δεν είναι σήμερα καλωδιωμένα για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από παράθυρα.απαιτούν δομικές τροποποιήσεις για τη σύνδεση διαφανών πάνελ με ηλεκτρικά συστήματα.

Οι πιθανές χρήσεις της διαφανούς ηλιακής τεχνολογίας εκτείνονται πολύ πέρα από τα κτίρια:

• Ηλεκτρονικά:Εικονικές οθόνες κινητών τηλεφώνων και tablet
• Μεταφορά:Παράθυρα και οροφές για οχήματα με ηλιακή ενέργεια
• Γεωργία:θερμοκήπια που παράγουν ενέργεια ενώ επιτρέπουν την ανάπτυξη των φυτών
• Αστικές υποδομές:Φραγμοί θορύβου κατά μήκος αυτοκινητοδρόμων που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια
• Καταναλωτικά προϊόντα:Ηλιακά ενσωματωμένα εξωτερικά έπιπλα και φορητή τεχνολογία

Οι παγκόσμιες ερευνητικές προσπάθειες συνεχίζουν να προωθούν τη διαφανή ηλιακή τεχνολογία.

• Η εργασία του Πανεπιστημίου του Michigan για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του TLSC
• Η ανάπτυξη διαφανών κυττάρων με βάση το περοβσκίτη από το MIT
• Ηλιακή έρευνα κβαντικών σημείων της UCLA
• Εμπορικές εφαρμογές από εταιρείες όπως η ClearVue Technologies της Αυστραλίας

Η μελλοντική πρόοδος εξαρτάται από τη βελτίωση της αποδοτικότητας, τη μείωση του κόστους, την ενίσχυση της αντοχής και την επέκταση των εφαρμογών.Η διαφανής ηλιακή τεχνολογία θα μπορούσε να αποτελέσει ακρογωνιαίο λίθο βιώσιμων ενεργειακών λύσεων.

Η ευρεία υιοθέτηση θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα, να μειώσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και να μειώσει τη ρύπανση του αέρα και του νερού.μείωση του κόστους των υπηρεσιών κοινής ωφέλειας, και προώθηση βιώσιμων πρακτικών διαβίωσης.

Ενώ οι διαφανείς ηλιακοί συλλέκτες αντιμετωπίζουν σήμερα εμπόδια στην αποδοτικότητα και το κόστος, η δυνατότητά τους να μεταμορφώσουν την ενεργειακή υποδομή παραμένει αναμφισβήτητη.∆εύτερον, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι νέες τεχνολογίες και οι νέες τεχνολογίες..