Китайские учёные разработали бесцветный солнечный концентратор для фотоэлектрических окон
Аккумулятор FIAMM 12FGHL28
Полупрозрачный солнечный концентратор, разработанный исследовательской группой, можно наносить непосредственно на стандартное оконное стекло. В нём используются жидкокристаллические плёнки для отражения и направления света с круговой поляризацией на солнечные элементы, установленные по краям окна. Было установлено, что прототип диаметром 2,5 см способен напрямую питать вентилятор мощностью 10 мВт при солнечном свете.
Исследовательская группа из Нанкинского университета в Китае разработала прозрачный, бесцветный и однонаправленный солнечный концентратор, совместимый с существующими окнами.
Солнечные концентраторы предназначены для фокусировки солнечной энергии на поверхности архитектурного стекла. Существующие солнечные концентраторы, которые используются в фотоэлектрических системах, встроенных в здания, часто имеют недостатки, в том числе низкую эффективность, окрашивание или несовместимость с существующими окнами.
В недавно разработанном исследовательской группой солнечном концентраторе дифракционного типа (CUSC) используются многослойные холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) с субмикронной боковой периодичностью для избирательного направления солнечного света к краю окна, где установлены фотоэлектрические элементы. Команда изготовила многослойные плёнки из ХЖК с помощью методов фотосовмещения и полимеризации, которые можно масштабировать с помощью поточного производства.
В ходе испытаний устройство CUSC сохранило средний коэффициент пропускания видимого света на уровне 64,2 % и индекс цветопередачи на уровне 91,3, что позволяет генерировать энергию без изменения внешнего вида окна.
«Изменяя структуру плёнок из холестерических жидких кристаллов, мы создаём систему, которая избирательно дифрагирует свет с круговой поляризацией, направляя его в стеклянный волновод под большими углами, — говорит Дэвэй Чжан, один из первых авторов исследования. — Это позволяет собирать до 38,1 % энергии падающего зелёного света на краю».
В научной статье «Бесцветные и однонаправленные солнечные концентраторы дифракционного типа, совместимые с существующими окнами,» опубликованной в журнале PhotoniX, подробно рассказывается о том, как был создан прототип диаметром 1 дюйм, способный напрямую питать вентилятор мощностью 10 мВт от солнечного света.
Дальнейшее моделирование показало, что типичное окно CUSC шириной 2 метра может концентрировать солнечный свет в 50 раз, сокращая количество необходимых фотоэлектрических элементов на 75 %. Конструкция также сохраняла стабильность при длительном воздействии и подходила для установки на существующие окна, что позволяло модернизировать городскую инфраструктуру с соблюдением принципов устойчивого развития.
Профессор Вэй Ху отметил, что проект CUSC — это шаг вперёд в интеграции солнечных технологий в городскую среду без ущерба для эстетики. «Это практичная и масштабируемая стратегия по сокращению выбросов углекислого газа и обеспечению энергетической независимости», — добавил Ху.
В заключении исследовательской работы авторы пишут, что конструкция CUSC будет широко применяться в «зелёных» зданиях, сельскохозяйственных фотоэлектрических установках и других развивающихся отраслях. «Ожидается, что она будет способствовать глобальному производству экологически чистой энергии в тераваттном масштабе и сократит ежегодные выбросы углекислого газа на миллиарды тонн», — говорится в заключении.
Исследовательская группа планирует в будущем сосредоточиться на повышении эффективности широкополосной связи, управлении поляризацией и адаптации технологии для сельскохозяйственных теплиц и прозрачных солнечных экранов.