Преобразуют ли здания в производителей энергии солнечые окна?

Преобразуют ли  здания в производителей энергии солнечые окна? Огромное количество окон небоскребов и офисных зданий представляет огромный потенциал для новой технологии, которая превращает окна в солнечные батареи. Главным остается вопрос, могут ли солнечные окна быть достаточно недорогими и эффективными, чтобы быть приемлимымы для широко применения .
Dave levitan

 Если представить себе сверкающие стекла небоскребов, которые усеивают города Америки,  становится понятно, почему идея использования этого огромного пространства окон для получения солнечной энергии набирает обороты. Только в 2009 году, 437 миллионов квадратных метров окон были установлены в нежилых зданиях в США. Это многие квадратные метры солнечных батарей , они будут генерировать около 4 ГВт энергии, примерно такая общая мощь солнечных ЭС в США сегодня.

Такой потенциал принуждает инженеров и предпринимателей более интенсивно исследовать идею превратить окна в производителей солнечной энергии. Солнечные окна - часть растущей области photovoltaics, солнечных батарей, основанных на концепции, что окна и солнечные панели не должны быть на 100 процентов прозрачными.
В настоящее время существуют несколько путей чтобы превратить окно в производящее энергию устройство, от тонкой силиконовой пленки, чувствительного к солнцу красителю до крошечных органических клеток.



Некоторые эксперты считают, область готова к взлету, и хотя мир ещё некоторое время не может видеть солнечного небоскреба, ряд компаний обещают коммерческое крупномасштабное производство различных солнечных окон за следующие два года. Тем не менее, стоимость и технические препятствия, стоят перед этой молодой, экологически чистой технологией . Как другие альтернативные ультрасовременные источники энергии , производящие энергию окна могут стать основой более зеленому будущему в ближайшие десятилетия, или же они могут оказаться непрактичным и производят лишь часть нужного электричества.

“Проблема состоит в том, можете ли Вы снизить стоимость  производства электроэнергии,” говорит Сара Курц (Sarah Kurtz),
ученый Национальной Лаборатории Вособновляемой Энергии  (NREL) в штате Колорадо. “Есть много различных схем и стратегий, и творческий потенциал будет главным критерием.  Если Вы можете получить стоимость которая не будет выше обычных окон,  очевидно, имеет смысл продвигать вперед окна, производящие электричество.”

Есть несколько технологий для солнечных окон, хотя, ни одна не взлетела до нужного уровня. Но есть компания, которая говорит что находится близко к коммерческому внедрению новых технологий. Это компания New Energy Technologies , Колумбия. Мариленд.

Они разработали метод распыления крошечных органических солнечных элементов на окнах, прозрачное покрытие, которое впускает 40 - 80 процентов солнечного света, поглощая остальных. Имея 10 патентных заявок в ожидании , и ещё несколько эспериментальных не коммерческих прототипов  в этой области, компания обнародует некоторые детали. Метод распыления может значительно снизить производственные затраты . Недавно компания объявила о разработке больших солнечных батарей - 170 квадратных сантиметров - сделаны в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемой энергии, они могли бы сделать клетки окон еще дешевле.

Несмотря на продвижение компании, ее технологии выдвигают на первый план одно из главных препятствий солнечным окнам: эффективность. Соотношение, с которой солнечные панели превращают солнечную энергию в электричество является проблемой для всех видов солнечной энергии, но особенно для окон.  "Проблема в свете, который вы видите. Если вы поглощаете чтобы использовать его для производства электроэнергии , это означает, что у вас нет окна больше", говорит Курц.

На сегодняшний день рекорд эффективности для органических солнечных элементов составляет 10 процентов в то время как традиционные солнечные батареи производят энергию с 15 до 20 процентами эффективности, уровень эффективности для солнечных окон примерно 5 процентов.

“Смотрите на это с точки зрения физика,” говорит Курц. "Солнечные панели, который положим в пустыне, в хорошем месте с большим количеством солнечного света, окупятся где-то за один год. За 20 лет за ваш вклад для общества  вы получите огромную  отдачу." Если солнечные окна могут достичь лишь треть эффективности солнечных панелей, то чтобы окупить инвестиции, вам понадовбится в три раза больше времени.

Еще одна компания,  использующая органические солнечные батареи, Heliatek, основанная в Германии, имеет панель, которая может достичь 8 процентов эффективности.  Органическии клетки  используют молекулы, называемые олигомеры (oligomers), вместо традиционно используемых полимеров - основном, короткие а не длинные коллекции атомов — что означает более дешевое, более точное применение клеток. Heliatek говорит, что в течение пяти лет может произвести солнечные окна  в диапазоне 50 центов за ватт, делая их конкурентоспособными с другой солнечной технологией.


Находящаяся в Испании Onyx Solar  предлагает ряд технологий использования солнечного стекла. Однако, окна пропускают лишь  до 30 процентов солнечного света, таким образом, здание получает мало света. Со слов Onyx Solar,  с его аморфно-кремниевых (amorphous-silicon) солнечных окон - тип тонкой пленки кремния - можно получить 9-процентную эффективность.

Но такая эффективность не принимает во внимание некоторые практические ограничения фактического покрытия небоскреба солнечными окнами.

"Оптимальным для установки солнечных окон, чтобы они смотрели на юг под небольшим наклоном, таким образом, чтобы что-либо не бросало тени на ваши окна", говорит Shiao, исследователь GTM." Внезапная проблема с небоскребами . Есть только одна южная сторона и есть вероятность, что небоскреб находится рядом с другим небоскребом, который будет затенять эту сторону здания ".

Эти препятствия не удержали многочисленных молодых компаний. Oxford Photovoltaics., исходя  из исследования, сделанного в Оксфордском университете , говорит, что компьютерное моделирование 700-футового небоскреба в Техасе предполагает, что покрытие его солнечными окнами произвело бы до 5.3 мегаватт-часов  электричества в день. Этой мощности достаточно, для 165 домов, а также для полного освещения самого небоскреба.

Технология Оксфорда включает тип клеток для солнечных окон , сенсибилизированные красители, наносимые напылением. Сенсибилизированные красителем клетки используют фото-электрохимический процесс для выработки электроэнергии и могут быть сделаны относительно дешево.  Прозрачные панели Оксфорда, до сих пор получают около 6 процентов эффективности, и компания надеется  начать поставлять их на рынок в конце следующего года.

Nazir Kherani, профессор инженерной разработки в университете Торонто, считает, что экономика солнечных окон может быть наиболее привлекательной  для нового строительства,  с акцентом на чистую эко энергию здания, не для модернизации существующих небоскребов. “С достаточным вниманием к разработке,  мы можем увидеть такие здания, постепенно развивающиеся в совершенно чистые сообщества, деревни и города,” говорит Kherani ...

Несколько компаний, занимающихся производством солнечных окон говорят, что они, в течение года или двух, после модернизации и  расширения, выведут новый продукт на рынок. Они утверждают, что эффективность клетки  будет продолжать расти, а цены падать, как и в случае с солнечными батареями.

То, что продолжает поддерживать изобретателей и предпринимателей участвовать в разработке солнечных окон, это - огромный потенциал  экономии энергии, а также желание урвать и свой кусок пирога  этого заманчивого бизнеса  По данным 2010 года, зданиям приходится 41 процент всего потребления электроэнергии в США , больше чем транспортировка или промышленность.


Я бы не стала списывать возможности", говорит Курц. "Как скоро это произойдет? Я действительно считаю, что не стоит предсказывать будущее ".


Источник http://e360.yale.edu