Ηλιακά παράθυρα - διαφανείς ηλιακοί συγκεντρωτές

Μια ομάδα ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, με επικεφαλής τον Richard Lunt, έχει αναπτύξει ένα μοναδικό ηλιακό συγκεντρωτή που μπορεί να μετατρέψει μόνο μέρος του ηλιακού φάσματος σε υπεριώδες, το οποίο δεν είναι αντιληπτό στο ανθρώπινο μάτι. Το υλικό είναι διαφανές στο ορατό φως, πράγμα που σημαίνει ότι αυτά τα διαφανή ηλιακά πλαίσια μπορούν να τοποθετηθούν εύκολα αντί για γυάλινο παράθυρο, ενώ το παράθυρο θα φαίνεται εντελώς γνωστό, όπως το συνηθισμένο γυαλί σε αυτό, αλλά θα παράγεται ηλεκτρισμός στην πορεία. Η ανάπτυξη ονομάστηκε "διαφανής ηλιακός συγκεντρωτής φωταύγειας".

Οι χρωματισμένοι ηλιακοί συμπυκνωτές φωταύγειας είναι ήδη ευρέως γνωστοί, στο οποίο μέρος του φάσματος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στον συγκεντρωτή απορροφάται στο έγχρωμο ανώτερο στρώμα και στη συνέχεια εκπέμπεται με μεγαλύτερο μήκος κύματος. Στη συνέχεια, μέσα από ένα δεύτερο, διαφανές στρώμα, η ακτινοβολία κατευθύνεται στην πλευρική όψη του συγκεντρωτή, όπου βρίσκεται η γραμμή φωτοδιόδων που μετατρέπει την ακτινοβολία σε ηλεκτρική τάση.

Όταν η άμεση ηλιακή ακτινοβολία πλήττει το πάνω στρώμα της πλήμνης, έχει κάποια κατεύθυνση. Αλλά όταν συμβαίνει εκ νέου ακτινοβολία, μετά την απορρόφηση του ηλιακού φωτός, οι ακτίνες του φωτός έχουν ήδη διαφορετικές κατευθύνσεις. Αποδεικνύεται ότι περίπου η ίδια ποσότητα φωτός εκπέμπεται σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Αν η γωνία πρόσπτωσης των ανακλασμένων ακτίνων στη διεπιφάνεια γυαλιού-αέρος είναι μεγαλύτερη από μια ορισμένη τιμή, τότε η ανάκλαση γίνεται πίσω μέσα στο γυαλί, τότε οι ακτίνες πέφτουν στο αντίθετο όριο, εκεί ανακλώνται και πάλι με την ίδια γωνία, και έτσι μετά από μερικές αντανακλάσεις στο τέλος η δέσμη χτυπά την πλευρική επιφάνεια κόμβο. Στην πλευρική όψη υπάρχει ένας χάρακας φωτοδιόδους, η οποία μετατρέπει την ενέργεια των ακτίνων σε ηλεκτρική ενέργεια.

Λόγω του γεγονότος ότι η ανάκτηση του φωτός συμβαίνει ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις, το μεγαλύτερο μέρος του, σχεδόν 80%, πέφτει στα γυάλινα περιθώρια υπό γωνία που είναι ακριβώς περισσότερο από κρίσιμη και επομένως μεταφέρεται στη γραμμή φωτοδιόδων στις πλευρικές όψεις του γυαλιού.

Έτσι, οι ηλιακοί συγκεντρωτές έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

• πρώτον, σε αντίθεση με τα συμβατικά ηλιακά πάνελ, όπου οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς καλύπτουν ολόκληρη την επιφάνεια, εδώ οι μετατροπείς βρίσκονται στις επιφάνειες, γεγονός που μειώνει το κόστος.

• Δεύτερον, λόγω της διαφάνειας του, ένας τέτοιος διανομέας μπορεί να εισαχθεί όπως τα συνηθισμένα γυάλινα παράθυρα.

Υπάρχουν όμως και μειονεκτήματα, το πρώτο από τα οποία είναι χαμηλή απόδοση, επειδή εδώ είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό της συμβατικά ηλιακά πάνελκαι το δεύτερο είναι ότι το φως που πέφτει μέσα στο δωμάτιο δεν είναι καθαρό, αλλά ελαφρώς κοκκινωπό. Με άλλα λόγια, ένας συνηθισμένος διαφανής ηλιακός συγκεντρωτής εξακολουθεί να είναι "χρώμα" και όχι διαφανής.

Το δεύτερο ελάττωμα εξαλείφθηκε από ερευνητές του Πανεπιστημίου του Michigan. Οι επιστήμονες έχουν κάνει το ανώτερο στρώμα οργανικών μορίων με μια ειδική ιδιότητα. Απορροφούν όχι μόνο την υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά και μέρος του υπέρυθρου φάσματος, εκπέμποντάς το εκ νέου σε υπέρυθρο φως, αλλά με διαφορετικό μήκος κύματος.

Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες έχουν αποκτήσει έναν εντελώς νέο συγκεντρωτή εργασίας, ο οποίος δεν απορροφά και δεν ακτινοβολεί στο ορατό φάσμα του φάσματος, δηλαδή, γίνεται αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι ως απλό διαφανές γυαλί.

Οι παραγόμενες παράμετροι επιτρέπουν την ευρεία εισαγωγή αυτής της τεχνολογίας για διάφορες εφαρμογές. Αυτό το παράθυρο των κτιρίων, συμπεριλαμβανομένων των πολυώροφα, των οποίων οι προσόψεις μπορούν να είναι πλήρως εξοπλισμένες με τέτοια διαφανή πάνελ. Αυτές είναι οι οθόνες διαφόρων κινητών συσκευών, όπως τα ηλεκτρονικά βιβλία, τα tablet, τα smartphones.Το κύριο καθήκον των προγραμματιστών είναι να κάνουν τους ηλιακούς συγκεντρωτές αόρατους, όπως τα συνηθισμένα γυαλιά.

Ο Richard Lunt σημειώνει ότι, παρά το πρώτο βήμα, εξακολουθεί να υπάρχει μεγάλη προσπάθεια βελτίωσης, κατά πρώτο λόγο - η βελτίωση της αποτελεσματικότητας του νέου κέντρου. Η αποτελεσματικότητα της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας από δείγμα 1% έχει πλέον επιτευχθεί, αλλά οι προγραμματιστές λένε ότι αυτή τη στιγμή ο στόχος τους είναι να αυξηθεί σε 5%. Η αποτελεσματικότητα των καλύτερων από τους βαμμένους ηλιακούς μετατροπείς φωτοβολίδων φτάνει το 7%.