Чистая энергетика: прозрачные солнечные панели — технология будущего?

Может ли производство прозрачных солнечных аккумуляторов стать перспективным направлением чистой энергетики? Коммерческие стартапы и исследовательские институты ставят рекорды эффективности по уровню поглощения и переработки энергии солнца, увеличивают КПД, создают экспериментальные прототипы… И выглядит все довольно привлекательно: солнечные элементы, полностью прозрачные, генерируют электроэнергию и заменяют окна наших домов и офисов, стекла автомобиля и даже экраны смартфонов… Но все ли так просто? Разбираемся вместе, какие страны добились наибольших успехов в разработке и воплощении «солнечных» проектов в жизнь. 

Как это работает?

Солнечный свет — это намного больше, чем мы можем видеть. Мы видим лишь малую, доступную нашему глазу, часть волн определенной длины. 

Солнечные панели поглощают световые волны различных длин и преобразовывают их в электроны (электричество). Происходит это благодаря использованию прозрачного люминесцентного солнечного концентратора — TLSC. 

TLSC состоит из органических солей, которые будто впитывают в себя невидимые глазу человека длины волн ультрафиолетового и инфракрасного спектра и направляют их к краям пластины. По краям размещаются тонкие полоски обычной (непрозрачной) фотоэлектрической солнечной батареи, они и преобразовывают свечение в электричество.

Эти тонкие прозрачные элементы способны работать с эффективностью около 10 %, что вдвое меньше, чем КПД обычных солнечных панелей. С одной стороны, это существенный недостаток. Но с другой, если представить возможный масштаб применения TLSC, концепция прозрачных солнечных элементов начинает казаться очень даже перспективной. 

Посудите сами: по подсчетам экспертов, только в Соединенных Штатах сегодня насчитывается от 5 до 7 миллиардов квадратных метров стекла. И даже КПД элементов 10 % способен удовлетворить около 40 % потребности страны в электроэнергии в год.

Конечно, вы справедливо заметите, что заменить стекло на прозрачные солнечные панели в каждом окне будет затруднительно. Но вот вам статистика: каждый год в офисных зданиях и витринах магазинов по всему миру устанавливается около 2,5 млрд квадратных метров обычного стекла. И теперь потенциал данного направления чистой энергетики становится еще более привлекательным.

Несколько стартапов по всему миру борются за нишу в этом направлении

Один из самых перспективных является Ubiquitous Energy. Стартапначинал свою работу в далеком 2012 году как академический проект в Массачусетском технологическом институте. За9 лет компании удалось привлечь миллионы долларов в качестве грантов и запатентовать технологию, в основе которой — органический краситель. Работает это так. Абсолютно бесцветный и прозрачный для человеческого глаза краситель, нанесенный на стеклянную поверхность, пропускает видимый солнечный свет, но улавливает невидимые инфракрасные лучи. При этом Ubiquitous Energy удалось не только генерировать электроэнергию, но и препятствовать нагреванию воздуха в помещении. А это существенная экономия на климатическом оборудовании. 

Успехи Ubiquitous Energy признал ведущий мировой производитель стекла NSG Group. Компания настолько впечатлилась изобретением стартапа, что в своей штаб-квартире  в Нортвуде, штат Огайо, установила их солнечные окна.

В Западной Австралии есть компания, которая также занимается вопросами прозрачных солнечных панелей, но использует несколько иную технологию. Ученые расположили прозрачный люминесцентный солнечный концентратор и фотоэлементы между двумя стеклами. В остальном схема действия схожа: инфракрасный свет через концентратор передается на фотоэлектрические элементы в рамке, которые генерируют электроэнергию. И это действительно работает. Стекла, произведенные по данной технологии, установили в одном из крупнейших торговых центров австралийского города Петра. 

Европейская команда Solar Gaps создала уникальную разработку — солнечные жалюзи, которые можно устанавливать либо снаружи, либо внутри помещения. Главным их преимуществом является то, что они могут быть механически ориентированы, чтобы максимально использовать любой солнечный свет вокруг. По заверениям производителя, такие жалюзи способны генерировать до 100Вт * ч на 1 квадратный метр площади окна, чего достаточно для питания 30 светодиодных ламп или трех ноутбуков. Энергия, генерируемая с помощью жалюзи, может как накапливаться во внешней аккумуляторной батареи, так и передаваться в сеть с помощью инвертора. 

Инновационное солнечное стекло нашло свое применение в сельском хозяйстве. На одной из швейцарских ферм заменили пластик на прозрачные солнечные панели и получили высокую эффективность: экономию энергии и высокий урожай. То есть помимо генерирования электроэнергии, панели оптимизировали уровень солнечного света, поступающего к растениям.

В Корее разработали прозрачные солнечные батареи на основе диоксида титана и оксида никеля. Сочетание этих двух элементов позволило создавать прозрачные солнечные панели, которые являются экологичными и при этом простыми в использовании. Команда под руководством профессора Джондонга Кима из Южнокорейского национального университета Инчхон продемонстрировала эффективность технологии в 2,1 %. И пусть этого пока недостаточно для полной зарядки смартфона, но по крайней мере, это может продлить его использование на несколько минут или часов.

А что с перспективами?

Производители прозрачных солнечных панелей часто подвергаются критике, и в первую очередь из-за коммерческой несостоятельности технологии — пока технология слишком дорогая. Такой скептицизм отчасти оправдан. Вряд ли это направление энергетики станет спасением планеты во время энергетического кризиса. Но работая вместе с другими чистыми источниками энергии,

прозрачные солнечные батареи могут помочь выйти на путь углеродной нейтральности, не жертвуя при этом эстетикой архитектуры 21 века.

А что об этом думаете вы? Установили бы прозрачную солнечную систему в своем доме? Или в авто? Делитесь вашим мнением в комментариях.