Энергетические окна

С наступлением темного времени суток в домах во всем мире вспыхивают миллиарды огней. Гигаватты энергии тратятся на освещение, вентиляцию, отопление. Громадные жилые массивы, небоскребы потребляют огромное количество энергии. Над тем, как обеспечить эти объекты электроэнергией от альтернативных источников, работают научные коллективы во всем мире. Ищут и находят технологии и материалы, которые могут заменить кремний в солнечных батареях.

Разработчики и концепции новых технологий

Не так давно в США была создана новая компания SolarWindow™ Technologies, Inc. Эта компания, работая в кооперации с NREL — Национальной лабораторией по возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, — поставила перед собой задачу разработать и наладить производство первых в своем роде электрических окон и продуктов, производящих электроэнергию для 85 миллионов домов и коммерческих зданий США. Свою миссию разработчики видели в создании конечного продукта SolarWindow™, генерирующего большое количество «чистой» электроэнергии. Этот продукт должен компенсировать клиентам компании их материальные затраты и приносить, в конечном счете, доход от продажи электроэнергии, а кроме того, никаким образом не наносить вред окружающей среде.

В марте 2011 года было подписано Соглашение о сотрудничестве в области исследований и разработок технологий для производства электроэнергии на стеклянных окнах и гибких материалах. Еще в 1999 году были созданы концептуальные покрытия Colorado (C3). Эти разработки находят различные применения при создании специальных прозрачных покрытий, необходимых для изготовления оптимизированных прозрачных электрогенерирующих устройств SolarWindow™ как на жестком, так и на гибком стекле для получения уникальных «электрических» окон.

Элемент брендового окна

С наступлением темного времени суток в домах во всем мире вспыхивают миллиарды огней. Гигаватты энергии тратятся на освещение, вентиляцию, отопление. Громадные жилые массивы, небоскребы потребляют огромное количество энергии. Над тем, как обеспечить эти объекты электроэнергией от альтернативных источников, работают научные коллективы во всем мире. Ищут и находят технологии и материалы, которые могут заменить кремний в солнечных батареях.

Разработчики и концепции новых технологий

Не так давно в США была создана новая компания SolarWindow™ Technologies, Inc. Эта компания, работая в кооперации с NREL — Национальной лабораторией по возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, — поставила перед собой задачу разработать и наладить производство первых в своем роде электрических окон и продуктов, производящих электроэнергию для 85 миллионов домов и коммерческих зданий США. Свою миссию разработчики видели в создании конечного продукта SolarWindow™, генерирующего большое количество «чистой» электроэнергии. Этот продукт должен компенсировать клиентам компании их материальные затраты и приносить, в конечном счете, доход от продажи электроэнергии, а кроме того, никаким образом не наносить вред окружающей среде.

В марте 2011 года было подписано Соглашение о сотрудничестве в области исследований и разработок технологий для производства электроэнергии на стеклянных окнах и гибких материалах. Еще в 1999 году были созданы концептуальные покрытия Colorado (C3). Эти разработки находят различные применения при создании специальных прозрачных покрытий, необходимых для изготовления оптимизированных прозрачных электрогенерирующих устройств SolarWindow™ как на жестком, так и на гибком стекле для получения уникальных «электрических» окон.

Элемент брендового окна

К разработкам были привлечены талантливые специалисты, обладающие фундаментальными научными и инженерными знаниями в области разработки и внедрения новых технологий, важными отраслевыми связями и деловыми навыками, необходимыми для воплощения идей в реальные продукты. В 2014 году была основана компания Raynergy Tek Incorporation, деятельность которой заключалась в разработке и производстве органических фотоэлектрических технологий (OPV) и укреплении позиций ведущего мирового поставщика OPV-материалов на рынке экологически чистой электроэнергии.

В задачи компании также входило сокращение разрыва по времени между лабораторными исследованиями и производством фотоэлектрических полимеров. Ключевые полимерные продукты, обладающие свойствами фотоэлектрического преобразования, были сертифицированы во всемирно известных сертификационных центрах US NREL, US Newport и Taiwan Enlitech. Сертифицированные полимерные материалы имеют эффективность преобразования энергии светового излучения в энергию электрическую от 10.0% до 11.5%. Raynergy и SolarWindow совместно работают над разработкой и применением прозрачных полимеров, генерирующих электричество.

Нанесенные на жесткие или гибкие стекла, эти полимеры должны открыть новые направления в архитектуре, в проектировании и строительстве новых зданий и сооружений. А это, в свою очередь, позволит продвигать свои инновации и расширять усилия по совершенствованию своих электрогенерирующих покрытий.

Окна, генерирующие электричество

Окна компании SolarWindow™ преобразовывают энергию светового излучения в энергию электрическую благодаря полимерному покрытию, нанесенному сверхтонким слоем на поверхность стекла или гибкого прозрачного пластика. Эти полимерные покрытия еще в жидкой фазе создают сверхмалые гелиевые элементы и формируют группы, называемые «массивами». Эти «массивы» связаны между собой так называемыми «невидимыми проводами», которые были разработаны компанией ранее специально для этих целей. «Невидимые провода» настолько тонки, что их невозможно рассмотреть невооруженным глазом. В результате готовый продукт внешне представляет собой обычное стекло с едва заметной тонировкой.

Окно SolarWindow™

Сетка этих «невидимых проводов», связывая собой «массивы», соединена с токонесущими краями стекла, которое, в свою очередь, электрически связывается с рамой. И уже от рамы вырабатываемое электричество попадает в общую энергосистему дома. Семейство материалов, которое использует компания SolarWindow™ при проектировании дизайна своих устройств, а также конечный продукт в целом, называется «органической фотоэлектрической батареей» (OPV). При этом следует отметить, что все жидкие покрытия SolarWindow™ состоят, в основном, из водорода и углерода – двух из наиболее распространенных элементов, встречающихся в природе.

в загородном доме

Лабораторные, а затем промышленные испытания окон SolarWindow™ показали, что они могут успешно работать не только при прямом солнечном освещении, но также и при рассеянном естественном свете. Они могут работать, правда, с меньшей отдачей, в тени и даже в помещении. Изначально предполагалось, что окна производства компании SolarWindow™ будут применяться при строительстве высоких городских зданий, небоскребов. Простые расчеты экономистов показали, что для пятидесятиэтажного небоскреба отдача электроэнергии такими окнами по сравнению с обычными солнечными батареями увеличится в пятьдесят раз.

Для того, чтобы обеспечить солнечной электроэнергией этот небоскреб, потребовалось бы такое количество солнечных батарей, которые заняли бы площадь до пяти гектаров драгоценной земли в городской черте. Система компании SolarWindow™ позволяет облицевать все стороны строящегося высотного здания прозрачными фотоэлектрическими преобразователями, которые будут обеспечивать бесперебойное электроснабжение небоскреба при любом положении солнца в ясную или облачную погоду.

в небоскребах

Также был рассчитан срок окупаемости изделий SolarWindow™ применительно к строительству небоскребов. По разным оценкам этот срок может быть в пределах от одного года до полутора лет. Если сравнивать этот показатель с аналогичными данными для традиционных гелиевых систем, то становится ясным, что для выработки эквивалентного количества энергии кремниевыми солнечными батареями потребуется не менее пяти – десяти лет для окупаемости и не менее 4.5 гектаров ценных городских земель. Благодаря разработке нового способа производства была снижена себестоимость изделий.

Применение в строительстве таких покрытий позволяет практически на 50% удовлетворить потребности небоскребов в электроэнергии. Кроме того, компания SolarWindow™ разработала такие покрытия, которые можно наносить на ранее установленные обычные окна.

Опыт этих и других компаний, работающих в области солнечной фотовольтаики, в самое ближайшее время позволит существенно повысить долю «чистой» электроэнергии в общих потоках электричества, используемого населенными пунктами от небольших поселений до мегаполисов.