پنل‌های خورشیدی شفاف آماده‌ی متحول کردن انرژی‌های تجدیدپذیر

آینده ای را تصور کنید که در آن خط افق شهرها تحت سلطه بتن خاکستری نباشد بلکه با ساختمان های شیشه ای که انرژی خود را تولید می کنند درخشان باشد.گوشی های هوشمند را تصور کنید که به جای سیم ها از نور خورشید استفاده می کننددر حالی که این ممکن است مانند داستان های علمی تخیلی به نظر برسد، فناوری خورشیدی شفاف به آرامی در حال تبدیل شدن به یک واقعیت است که می تواند نحوه تفکر ما در مورد انرژی را تغییر دهد.

اول، بیایید یک تصور غلط رایج را روشن کنیم: پانل های خورشیدی شفاف کاملا شفاف نیستند مانند شیشه معمولی. دقیق تر، آنها نیمه شفاف هستند،اجازه می دهد تا مقداری نور از طریق آن عبور کند در حالی که طول موج های دیگر را برای تولید برق جذب می کندبه آنها به عنوان شیشه ای با پوشش ویژه ای فکر کنید که طول موج نور خاص را برای تبدیل انرژی جذب می کند.

در سال ۲۰۱۴، محققان دانشگاه ایالتی میشیگان یک ماده پیشرفته به نام "توسعه دهنده خورشیدی شفاف" (TLSC) را معرفی کردند.این سنگ صاف به نظر می رسد می تواند مانند پانل های خورشیدی سنتی کار کنددر حالی که تجاری سازی گسترده هنوز سال ها باقی مانده است، چندین شرکت در حال بررسی کاربردهای این "شیش فتوولتائیک" یا "شیش خورشیدی" هستند." با تفاوت در شفافيت از سرد تا تقریباً شفاف.

برای فهمیدن نحوه کار پنل های خورشیدی شفاف، نیاز به برخی از دانش های اساسی در مورد نور است. نور خورشید دارای طول موج های مختلفی است که با رنگ های مختلف مطابقت دارد.پانل های خورشیدی سنتی تمام نور مرئی را جذب می کنند، اما نسخه های شفاف به طور انتخابی نور ماوراء بنفش و مادون قرمز را جذب می کنند در حالی که اجازه می دهند نور قابل مشاهده از طریق آنها عبور کند.

این جذب انتخابی توسط نیمه هادی های ارگانیک امکان پذیر است مواد ویژه ای که طول موج نور خاص را جذب می کنند و آنها را به الکترون تبدیل می کنند.این الکترون ها سپس از سلول خورشیدی عبور می کنند تا برق تولید کنند.یک سیستم TLSC معمولی شامل:

• زیربنای شفاف:معمولاً شیشه یا پلاستیک که پشتیبانی ساختاری را فراهم می کند
• رنگ های نورپردازی:طول موج نور مشخصی را جذب می کند و آن ها را به شکل طول موج های مختلف دوباره منتشر می کند
• راهنماي موج:ساختار شفافی که نور بازپرتاب شده را هدایت می کند
• سلول های خورشیدی:قرار دادن در لبه های موج هدایت برای تبدیل نور به برق

این فرآیند شامل چهار مرحله کلیدی است: جذب نور توسط رنگ ها، تبدیل طول موج، هدایت نور از طریق موج، و تبدیل انرژی نهایی در سلول های خورشیدی.این سیستم ظریف هم تولید انرژی و هم شفافیت جزئی را امکان پذیر می کند..

پانل های خورشیدی شفاف چندین مزیت قانع کننده ارائه می دهند که فراتر از جذابیت بصری آنها است:

• یکپارچه سازی:آنها می توانند بدون ظاهر بزرگ پانل های سنتی در طرح های ساختمان ترکیب شوند
• کاربردهای متنوع:استفاده های بالقوه از پنجره ها و چراغ های آسمان تا صفحه نمایش های تلفن های هوشمند و سقف های آفتابی خودروها
• انرژی های تجدید پذیر:برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و انتشار کربن از نور خورشید استفاده می کنند
• بهره وری از فضا:آنها از سطوح ساختمان های موجود استفاده می کنند بدون نیاز به زمین اضافی
• پس انداز بلند مدت:در حالی که هزینه های اولیه بالا هستند، آنها ممکن است ارزش زندگی بهتری نسبت به گزینه های معمولی داشته باشند

ارزیابی هزینه های پانل های خورشیدی شفاف همچنان به دلیل استفاده محدود از مسکن چالش برانگیز است.ساخت برآورد نصب خانه به طور عمده حدس و گمان.

ویویان لوفتنس، پروفسور موسسه ولتون اسکات برای نوآوری انرژی دانشگاه کارنیگی ملون، تخمین می زند که پنجره های شفاف خورشیدی می توانند هر کدام تا ۱۰۰۰ دلار هزینه داشته باشند.برای خانه هایی که پنجره های زیادی دارند، کل هزینه های تعویض ممکن است بیش از 10،000 دلار یک سرمایه گذاری قابل توجه باشد.

چراغ های آسمانی یک کاربرد بالقوه دیگر را ارائه می دهند. با توجه به Solar Tech Advisor، چراغ های آسمانی شفاف خورشیدی می توانند تا 25 دلار در هر فوت مربع 5 برابر بیشتر از پانل های سقف سنتی باشند.با این حال، Loftness اشاره می کند که این پانل ها ممکن است در مقایسه با 25-30 سال عمر پانل های معمولی 50 سال دوام داشته باشند، که به طور بالقوه هزینه های نگهداری طولانی مدت کمتری را ارائه می دهد.

با وجود وعده های خود، پنل های خورشیدی شفاف با معایب قابل توجهی روبرو هستند، به ویژه در مورد بهره وری.در مقایسه با 20 درصد برای پانل های خانگی استاندارد و تقریبا 40 درصد برای مدل های تجاری برتر.

این شکاف بهره وری به این معنی است که پانل های شفاف تر برای مطابقت با تولید سیستم های سنتی مورد نیاز هستند، هزینه های اولیه را افزایش می دهند. علاوه بر این، عملکرد آنها در شرایط ابری رنج می برد.محدود کردن اثربخشی در آب و هوای بارانی.

چالش های دیگر عبارتند از:

• دوام:مواد ارگانیک در معرض اشعه UV و رطوبت سریعتر تجزیه می شوند
• ثبات عملکرد:کارایی ممکن است با گذشت زمان کاهش یابد
• ایمنی مواد:برخی از اجزای ممکن است نیاز به دستکاری ویژه داشته باشند

کارشناسان بر این باورند که فناوری خورشیدی شفاف به زودی سیستم های سقف را جایگزین نخواهد کرد. همانطور که لوفتنس توضیح می دهد: "من نمی بینم پنجره های خورشیدی در 10 سال آینده جایگزین فتوولتائیک سقف شوند." محدودیت های بهره وری، پانل های شفاف را به عنوان راه حل های مکمل قرار می دهند.

چالش های پیاده سازی نیز وجود دارد. خانه ها در حال حاضر برای تولید برق پنجره ای متصل نیستند.نیاز به اصلاحات ساختاری برای اتصال پانل های شفاف به سیستم های الکتریکی.

استفاده های بالقوه از تکنولوژی خورشیدی شفاف فراتر از ساختمان ها است:

• الکترونیک:صفحه نمایش تلفن های هوشمند و تبلت خود شارژ
• حمل و نقل:پنجره ها و سقف های خودروهای خورشیدی
• کشاورزی:گلخانه هایی که در حالی که اجازه رشد گیاهان را می دهند، انرژی تولید می کنند
• زیرساخت های شهری:موانع سر و صدا در امتداد بزرگراه هایی که برق تولید می کنند
• محصولات مصرفی:مبلمان بیرونی و تکنولوژی پوشیدنی با سیستم های خورشیدی

تلاش های تحقیقاتی جهانی برای پیشرفت فناوری خورشیدی شفاف ادامه دارد. پیشرفت های قابل توجه عبارتند از:

• کار دانشگاه ایالتی میشیگان در بهبود بهره وری TLSC
• توسعه سلول های شفاف مبتنی بر پرووسکیت توسط MIT
• تحقیقات کوانتومی نقطه خورشیدی دانشگاه کالیفرنیا
• برنامه های کاربردی تجاری توسط شرکت هایی مانند ClearVue Technologies استرالیا

پیشرفت های آینده به بهبود بهره وری، کاهش هزینه ها، افزایش دوام و گسترش کاربردها بستگی دارد.فناوری خورشیدی شفاف می تواند سنگ بنای راه حل های انرژی پایدار باشد.

پذیرش گسترده می تواند به طور قابل توجهی وابستگی به سوخت های فسیلی را کاهش دهد، انتشار کربن را کاهش دهد و آلودگی هوا و آب را کاهش دهد.کاهش هزینه های خدمات عمومی، و ترویج شیوه های زندگی پایدار.

در حالی که پانل های خورشیدی شفاف در حال حاضر با موانع بهره وری و هزینه مواجه هستند، پتانسیل آنها برای تغییر زیرساخت های انرژی همچنان انکار ناپذیر است.آنها ممکن است بخشی از محیط ساخته شده ما شوند، در عصر تولید انرژی پاک که به طور کامل با زندگی روزمره ترکیب می شود..