پیشرفت‌های فناوری خورشیدی شفاف در فتوولتائیک‌های یکپارچه با ساختمان

تصور کنید شهرهای آینده دیگر جنگل های سرد فولاد و بتن نیستند بلکه منابع پر جنب و جوش انرژی پاک هستند. آسمان خراش های بلند که در آن هر پنجره به آرامی نور خورشید را جمع می کند.تبدیل آن به برقاین داستان علمی تخیلی نیست تکنولوژی شفاف خورشیدی این چشم انداز را به واقعیت تبدیل می کند. اما این نوآوری پیشگامانه دقیقاً چیست و چه چالش هایی را با آن مواجه است؟

فناوری خورشیدی شفاف، که به عنوان شیشه خورشیدی نامرئی یا فتوولتائیک نیز شناخته می شود، شامل سلول های خورشیدی ساخته شده از مواد شفاف یا نیمه شفاف است. بر خلاف پانل های خورشیدی سنتی،این سلول ها اجازه می دهند نور مرئی از طریق آنها عبور کند در حالی که نور ماوراء بنفش و مادون قرمز را جذب می کنند تا برق تولید کننداین ویژگی منحصر به فرد امکان ادغام در ساختمان ها، وسایل نقلیه و سطوح روزمره را بدون به خطر انداختن زیبایی و عملکرد فراهم می کند.

سفر تحقیقاتی در سال ۲۰۱۴ آغاز شد، زمانی که دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) اولین تمرکز کننده خورشیدی کاملا شفاف (TLSC) را توسعه دادند.این پیشرفت از نمک های آلی برای جذب نور نامرئی در حالی که حفظ شفافیت بالا استفاده می شوداز آن زمان، محققان در سراسر ایالات متحده و اروپا به طور مداوم تکنولوژی TLSC را بهبود بخشیده اند، بهبود انتقال نور و بهره وری تبدیل انرژی.

تکنولوژی خورشیدی شفاف فعلی به دو دسته اصلی تقسیم می شود:

• سلول های خورشیدی کاملا شفاف:این دستگاه ها انتقال نور بالایی دارند اما بهره وری کمتری دارند (حدود 1٪) ، که آنها را برای کاربردهایی که به حداکثر شفافیت مانند پنجره ها و صفحه نمایش نیاز دارند، ایده آل می کند.
• سلول های خورشیدی نیمه شفاف:این ها انتقال نور را با تبدیل انرژی بهتر (کارایی ۳-۵٪) متعادل می کنند و برای عناصر معماری مانند نماهای ساختمان، چراغ های آسمان و گلخانه ها مناسب هستند.

در حالی که بر اساس اصول فتوولتائیک مشابه پانل های خورشیدی معمولی کار می کنند، سلول های شفاف از مواد تخصصی و ساختارهای لایه دار برای برداشت انتخابی نور نامرئی استفاده می کنند.یک سلول معمولی متشکل از چندین لایه کاربردی است، مواد نیمه هادی و پوشش های محافظتی برای تولید برق با حفظ دوام کار می کنند.

این تکنولوژی مزایای قانع کننده ای را ارائه می دهد:

• بهره وری از فضا:ادغام در سطوح موجود نیاز به فضای اضافی را از بین می برد.
• جذابیت زیبایی:حفظ یا افزایش یکپارچگی طراحی معماری.
• تنوع:قابل استفاده در ساختمان ها، حمل و نقل، الکترونیک مصرفی و زیرساخت ها.
• پایداری:از انرژی های تجدید پذیر استفاده می کند در حالی که اثرگاه کربن را کاهش می دهد.

تبدیل پنجره ها، نماها و چراغ های آسمان به سطوح تولید برق که مصرف انرژی را کاهش می دهد.

گلخانه ها و مزارع می توانند در حالی که برق اضافی تولید می کنند، نوردهی محصولات را حفظ کنند.

پنجره ها و سقف های خودرو می توانند با ارائه قدرت کمکی، محدوده خودروهای الکتریکی را افزایش دهند.

صفحه نمایش تلفن های هوشمند و دستگاه های پوشیدنی ممکن است سلول های شفاف را برای افزایش عمر باتری در خود داشته باشند.

پناهگاه های اتوبوس، پیاده روها و ساختمان های پارک می توانند به سیستم های خودران تبدیل شوند.

علیرغم این که این تکنولوژی امیدوار کننده است، با چندین مانع مواجه است:

• بهره وری پایین تر در مقایسه با پانل های خورشیدی سنتی
• هزینه های تولید بالاتر
• نگرانی های دوام در مورد مقاومت در برابر آب و هوا و استرس مکانیکی

تحولات آینده بر روی:

• افزایش بهره وری از طریق مواد پیشرفته مانند پرووسکیت
• کاهش هزینه ها از طریق تولید در مقیاس و بهبود تکنولوژیکی
• بهبود دوام با پوشش های محافظتی بهتر و محاصره

با تخمین ۵ تا ۷ میلیارد متر مربع از سطوح شیشه ای در ایالات متحده، پتانسیل یکپارچه سازی شفاف خورشیدی بسیار زیاد است.انتظار می رود هزینه ها به طور قابل توجهی کاهش یابد.، باعث می شود که این تکنولوژی برای پذیرش گسترده تر در دسترس باشد.

در حالی که پانل های خورشیدی سنتی برای حداکثر تولید انرژی برتر هستند،تکنولوژی خورشیدی شفاف امکاناتی جدید را در جایی که پانل های معمولی عملی نیستند، به ویژه در محیط های شهری و معماری مدرن که زیبایی شناسی اهمیت دارد، باز می کند..

پیشرفت های اخیر، از جمله پنل های شفاف پوشانده با اکسید روی MSU با طول عمر 30 ساله، نشان می دهد دوام به زودی می تواند با ماژول های خورشیدی سنتی رقابت کند.نصب و نگهداری مناسب همچنان به دلیل شکنندگی ذاتی فناوری در مقایسه با پانل های سیلیکونی قاب شده بسیار مهم است.

همانطور که تحقیقات ادامه می یابد، فناوری خورشیدی شفاف وعده می دهد که نحوه تفکر ما در مورد تولید انرژی در محیط های شهری را تغییر دهد، ترکیبی از قابلیت های کاربردی، پایداری،و طراحی.