5 Minuten
Įvadas
Nandzino universiteto mokslininkai sukūrė skaidrią dangą, galinčią paversti įprastą lango stiklą aktyvia saulės energijos paviršiaus dalimi, išlikdama daugeliu atvejų permatoma. Technologija, vadinama be spalvos ir vienpusišku difrakciniu saulės koncentratoriumi (CUSC), nukreipia dalį krintančios saulės šviesos šonine kryptimi stikle link fotovoltinių (PV) elementų, sumontuotų lango kraštuose. Kitos bangos ilgiai ir toliau praeina pro stiklą, išsaugodami natūralų apšvietimą ir vizualinį aiškumą.
Šis požiūris skirtas pastatuose integruojamai fotovoltikai (BIPV), sričiai, kuri orientuojasi į energijos gamybos įterpimą į esamas konstrukcijas. Jei technologija būtų pritaikyta visam pasauliniam langų parkui, tyrėjai apskaičiavo, kad tai galėtų prisidėti prie elektros tiekimo teravatų dydžio spėjimu, todėl idėja turi geopolitinę ir ekonominę reikšmę dekarbonizacijos strategijoms.
Kaip veikia danga
CUSC danga naudoja sluoksniuotas kolesterinio tipo skystųjų kristalų (CLC) plėveles. CLC yra skystųjų kristalų klasė su spiraliniu molekuliniu išdėstymu, kuri selektyviai sąveikauja su apskritai poliarizuota šviesa. Kuriant kelis CLC sluoksnius su skirtingomis optinėmis savybėmis, danga gali užimti platų matomosios spektro dalį, tuo pačiu išlikdama bevardinė ir nesuteikianti spalvos žmogaus akiai.
Svarbi konstrukcijos savybė yra poliarizacijos selektyvumas: plėvelės difraguoja ir užfiksuoja tik vieną apskritai poliarizuotos šviesos būseną. Ta ta pati poliarizacija yra nukreipiama į stiklą stačiais kampais ir keliauja vidaus atspindžių pagalba, kol pasiekia PV juostas lango kraštuose. Neužfiksuota šviesa – įskaitant ortogonalią poliarizaciją – pereina pro stiklą su nedideliu pritemdymu. Pasak komandos, danga perduoda 64.2% matomos šviesos ir išlaiko 91.3% suvokiamos spalvų tikslumo, taip išsaugodama langų estetiką ir funkcionalumą.
Optikos inžinierius Wei Hu apibendrina tikslą: "CUSC dizainas yra žingsnis į priekį diegiant saulės technologijas pastatų aplinkoje neaukojant estetikos. Tai praktiška ir mastelį galinti turėti strategija anglies mažinimui ir energetinei savarankiškumui." Kolega Dewei Zhang priduria: "Kurdami kolesterinių skystųjų kristalų plėvelių struktūrą, sukuriame sistemą, kuri selektyviai difraguoja apskritai poliarizuotą šviesą ir nukreipia ją į stiklą kaip bangos gidą stačiais kampais."
Prototipo rezultatai ir mastelio didinimas
Laboratoriniai bandymai pateikia mišrų, bet perspektyvų veikimo vaizdą. Žaliojo lazerio apšvietimo sąlygomis – prie bangos ilgio, kuriam žmogaus akis yra jautriausia – sistema užfiksavo ir konvertavo iki 38.1% krintančios energijos, tai naudinga viršutinė riba tam tikroms monochromatinėms taikoms. Plačiabuosčiu, realistiškesniu saulės apšvietimu, sluoksniuotas CLC koncentratorius pasiekė bendrą optinį surinkimo efektyvumą 18.1% nukreipdamas šviesą į kraštuose montuojamas PV ląsteles. Tačiau atsižvelgiant į visą galutinį elektros konversijos procesą dabartiniame prototipe, efektyvus galutinės vartojimo elektros energijos konversijos koeficientas yra apie 3.7%.
Komanda pagamino vieno colio demonstracinį mėginį, kuris sugeneravo pakankamai elektros energijos, kad veiktų mažas ventiliatorius. Mastelio didinimas iki pilno dydžio komercinių langų reikalautų didesnio ploto dangų procesų, patikimos laminavimo ar nusodinimo technologijos ant esamo stiklo ir integruotų kraštinių PV modulių. Tyrėjai pažymi, kad medžiagų stabilumo, gamybos pralaidumo ir ląstelių sujungimo patobulinimai reikalingi, kad būtų padidintas praktiškas konversijos efektyvumas ir palaikoma masinė gamyba.
Susijusios technologijos apima permatomas laidžias oksidų plėveles, liuminescencinius saulės koncentratorius ir perovskito integracijas ant stiklo; kiekvienas požiūris turi kompromisų tarp skaidrumo, kainos ir ilgaamžiškumo. CUSC metodas išsiskiria tuo, kad naudoja difrakcinį nukreipimą ir poliarizacijos valdymą, o ne absorbcijos–emisijos ciklus ar masinio skaidrumo kompromisus.
.avif)
Ekspertų įžvalga
Dr. Maria Alvarez, taikomosios fizikos specialistė, dirbanti su pastatuose integruojama fotovoltika, komentuoja: "Ši difrakcinė, poliarizacijai selektyvi strategija yra elegantiška, nes ji minimalizuoja matomą įsikišimą ir tuo pačiu leidžia rinkti energiją per kraštus. Dabartinis 3.7% sisteminis efektyvumas yra kuklus, bet tobulinimo kelias aiškus: optimizuoti skystųjų kristalų sluoksnį, padidinti kraštinių ląstelių konversiją ir sukurti ritininiu būdu dengiamas plėveles. Jei šie inžineriniai žingsniai pavyks, technologija gali tapti svaria stogo ir fasadų PV papildoma priemone."
Išvada
Nandzino universiteto mokslininkų sukurta CUSC permatoma danga demonstruoja praktišką kelią paversti įprastus langus energiją generuojančiomis dalimis su minimalia vizualine įtaka. Pagrindinės stipriosios pusės yra didelis matomas skaidrumas, spalvų tikslumas ir poliarizacijai selektyvus difrakcinis mechanizmas, efektyviai nukreipiantis šviesą į kraštuose montuojamas fotovoltines ląsteles. Prototipo rodikliai rodo pažangų optinį nukreipimą (iki 18.1% per visą spektrą; 38.1% žaliuoju lazeriu), tačiau dabartinis galutinis elektros konversijos efektyvumas yra apie 3.7%. Svarbiausi tolimesni žingsniai yra medžiagų stabilumo, gamybos procesų ir galios konversijos efektyvumo gerinimas siekiant komercinės gyvybingumo. Sėkmingai pritaikius mastelį, permatomos langų dangos, tokios kaip CUSC, galėtų padidinti paviršių kiekį miesto aplinkose saulės energetikos rinkimui ir reikšmingai prisidėti prie paskirstytos švarios energijos gamybos.
Quelle: photonix.springeropen
Kommentar hinterlassen