5 Minutės
Įvadas
Mokslininkai Nandzingo universitete sukūrė permatomą dangą, kuri gali paversti įprastą lango stiklą aktyvia saulės energijos paviršiaus dalimi, išlikdama daugiausia skaidri. Technologija, vadinama bekspalviu ir vienpusiu difrakciniu saulės koncentratoriumi (CUSC), nukreipia dalį patenkančios saulės šviesos šonu stikle link fotovoltinių (PV) elementų, pritvirtintų prie lango kraštų. Kiti bangos ilgiai toliau praeina per stiklą, išsaugodami natūralų dienos apšvietimą ir regimą aiškumą.
Šis požiūris skirtas pastatų integruotai fotovoltikai (BIPV) — sektoriui, orientuotam į energijos gamybos įterpimą į esamas konstrukcijas. Jei būtų pritaikytas visam pasauliniam langų kiekiui, tyrėjai apskaičiavo potencialų indėlį į elektros tiekimą teravatų mastu, todėl idėja geopolitiniu ir ekonominiu požiūriu yra reikšminga dekarbonizacijos strategijoms.
Kaip veikia danga
CUSC danga naudoja sukrautus cholesterinių skystųjų kristalų (CLC) sluoksnius. Cholesteriniai skystieji kristalai yra medžiagų klasė su spiraline molekuline struktūra, kuri selektyviai sąveikauja su apskritine poliarizuota šviesa. Inžineriniu būdu parinkus kelis CLC sluoksnius su skirtingais optiniais atsakymais, danga gali apimti platų matomos spektro dalį, likdama bekspalvė žmogaus akiai.
Vienas svarbiausių dizaino bruožų yra poliarizacijos seletktyvumas: plėvelės difraguoja ir sulaiko tik vieną apskritinės poliarizacijos būseną. Tą vieną poliarizaciją sistema veda į stiklą stačiais kampais, kur ji sklinda vidine atspindžių eiga, kol pasiekia prie lango kraštų montuotas PV juosteles. Nesulaikyta šviesa — įskaitant ortogonalią poliarizaciją — pereina per stiklą su mažu slopinimu. Pasak komandos, danga praleidžia 64,2% matomos šviesos ir išsaugo 91,3% suvokiamos spalvų tikslumo, taip išlaikydama langų estetinę ir funkcinę kokybę.
Optinis inžinierius Wei Hu apibendrina tikslą: „CUSC dizainas yra žingsnis į priekį integruojant saulės technologijas į pastatytą aplinką neaukojant estetinių savybių. Tai praktiška ir mastelio keičiama strategija anglies dioksido mažinimui ir energetiniam savarankiškumui.“ Kolegа Dewei Zhang priduria: „Kurdami cholesterinių skystųjų kristalų plėvelių struktūrą, mes sukuriame sistemą, kuri selektyviai difraguoja apskritinę poliarizuotą šviesą ir veda ją į stiklo bangolaidį stačiais kampais.“
Prototipo rezultatai ir mastelio didinimas
Laboratoriniai bandymai rodo mišrius, bet perspektyvius rezultatus. Žalio lazerio apšvietimo sąlygomis — ties bangos ilgiu, kuriam žmogaus akis yra jautriausia — sistema sugavo ir konvertavo iki 38,1% patenkančios energijos, kas yra naudingas ribinis rodiklis tam tikroms monochromatinėms taikymo sritims. Platesnio spektro, realistiškesnėje saulės šviesoje, sluoksniuotas CLC koncentratorius nukreipė 18,1% optinio surinkimo efektyvumą link kraštuose montuotų PV elementų. Tačiau atsižvelgus į pilną energijos konversiją į naudotinę elektrą dabartiniame prototipe, veiksmingas galios konversijos efektyvumas siekia apie 3,7%.
Komanda pagamino vieno colio demonstracinį pavyzdį, kuris pagamino pakankamai elektros mažam ventiliatoriui sukti. Didinant mastelį iki komercinių langų dydžio reikėtų didelio ploto dengimo procesų, patikimo laminavimo arba dangos nusodinimo ant esamo stiklo ir integruotų kraštinių PV modulių. Tyrėjai pažymi, kad medžiagų stabilumo, gamybos pralaidumo ir elementų sujungimo patobulinimai būtini, kad praktinė konversijos efektyvumo norma padidėtų ir būtų palaikoma masinė gamyba.
Susijusios technologijos apima permatomus laidžius oksidus, luminiscencinius saulės koncentratorius ir perovskito integracijas ant stiklo; kiekvienas sprendimas kompromituoja tarp skaidrumo, kainos ir ilgaamžiškumo. CUSC metodas išsiskiria tuo, kad naudoja difraktinį vedimą ir poliarizacijos kontrolę, o ne absorbcijos–emisijos ciklus ar platesnius skaidrumo kompromisus.
.avif)
Eksperto įžvalga
Taikomosios fizikos daktarė Maria Alvarez, specializuojanti pastatų fotovoltikoje, komentuoja: „Ši difraktinė, poliarizacijai selektyvi strategija yra elegantiška, nes ji minimizuoja matomą įsikišimą ir tuo pačiu leidžia rinkti energiją kraštuose. Dabartinis 3,7% sistemos lygio efektyvumas yra kuklus, tačiau tobulėjimo kelias aiškus: optimizuoti skystųjų kristalų sluoksnius, padidinti kraštinių elementų konversiją ir sukurti ritininius dengimo procesus (roll-to-roll). Jei šie inžineriniai žingsniai pavyks, technologija gali būti svarbus priedas prie stogų ir fasadų PV sprendimų.“
Išvada
Nandzingo universiteto tyrėjų sukurta CUSC permatoma danga demonstruoja praktišką būdą paversti įprastus langus energiją gaminančiais elementais su minimaliu vizualiniu poveikiu. Pagrindinės stipriosios savybės yra aukštas matomos šviesos pralaidumas, spalvų tikslumas ir poliarizacijai selektyvus difraktinis mechanizmas, efektyviai nukreipiantis šviesą į kraštuose montuotas fotovoltines ląsteles. Prototipo rodikliai rodo pažangų optinį vedimą (iki 18,1% per visą spektrą; 38,1% žaliame lazerio bandyme), tačiau dabartinis galutinio panaudojimo elektros efektyvumas yra apie 3,7%. Svarbiausi tolimesni žingsniai — pagerinti medžiagų stabilumą, gamybos procesus ir galios konversijos efektyvumą, kad būtų pasiektas komercinis pritaikomumas. Jei technologija bus sėkmingai išplėtota, permatomos langų dangos, tokios kaip CUSC, galėtų išplėsti miesto aplinkoje prieinamą paviršių saulės energijos rinkimui ir reikšmingai prisidėti prie išskirstytos švarios energijos gamybos.
Šaltinis: photonix.springeropen
Komentarai