Παράθυρα που παράγουν ρεύμα: Η τεχνολογία που αξιοποιεί το «αόρατο» φως του ήλιου

Ένα παράθυρο συνήθως αφήνει το φως να μπει στο σπίτι. Τι θα συνέβαινε, όμως, αν μπορούσε ταυτόχρονα να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα; Ερευνητές του Michigan State University εργάζονται εδώ και χρόνια πάνω σε αυτή την ιδέα, αναπτύσσοντας τεχνολογίες που συλλέγουν μέρος της ηλιακής ενέργειας, διατηρώντας τη διαφάνεια της επιφάνειας.

Στην προσπάθεια έχει κεντρικό ρόλο ο Richard Lunt, καθηγητής Χημικής Μηχανικής και Επιστήμης Υλικών. Η σχετική έρευνα δεν αποτελεί πρόσφατη ανακάλυψη που εμφανίστηκε ξαφνικά στα κοινωνικά δίκτυα: επιστημονικές δημοσιεύσεις για διαφανείς φωταυγείς ηλιακούς συγκεντρωτές υπήρχαν ήδη το 2013 και το 2014.

Το μυστικό βρίσκεται στο φως που δεν βλέπουμε

Το ηλιακό φως περιλαμβάνει περισσότερα μήκη κύματος από εκείνα που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι. Η συγκεκριμένη ερευνητική προσέγγιση αξιοποιεί επιλεγμένα τμήματα της υπεριώδους και της εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας, αφήνοντας μεγάλο μέρος του ορατού φωτός να περάσει.

Στους διαφανείς φωταυγείς συγκεντρωτές, ειδικά υλικά απορροφούν ακτινοβολία και επανεκπέμπουν την ενέργειά της ως φως διαφορετικού μήκους κύματος. Μέρος αυτού του φωτός οδηγείται μέσα στο διαφανές υλικό προς τις άκρες του, όπου μικρά φωτοβολταϊκά στοιχεία το μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό.

Έτσι, η επιφάνεια μπορεί να παραμένει σχεδόν άχρωμη, ενώ παράλληλα συλλέγει ενέργεια. Δεν σημαίνει ότι ένα απλό τζάμι παράγει από μόνο του ρεύμα: απαιτούνται ειδικά υλικά, φωτοβολταϊκά στοιχεία και οι κατάλληλες ηλεκτρικές συνδέσεις.

Η εφαρμογή που εγκαταστάθηκε σε πανεπιστημιακό κτίριο

Η ευρύτερη τεχνολογία των διαφανών φωτοβολταϊκών έχει δοκιμαστεί και έξω από το εργαστήριο. Στις 25 Αυγούστου 2021, το Michigan State University ανακοίνωσε εγκατάσταση διαφανών ηλιακών υαλοπινάκων στο κτίριο Βιοϊατρικών και Φυσικών Επιστημών.

Η επιφάνειά τους ήταν περίπου 9,3 τετραγωνικά μέτρα και το πανεπιστήμιο ανέφερε ότι θα παρήγαν αρκετή ηλεκτρική ενέργεια για τον φωτισμό του αιθρίου. Τους υαλοπίνακες ανέπτυξε και κατασκεύασε η Ubiquitous Energy, εταιρεία της οποίας ο Lunt είναι συνιδρυτής.

Η εγκατάσταση δείχνει μια πραγματική εφαρμογή. Δεν αποτελεί, ωστόσο, απόδειξη ότι τα παράθυρα μπορούν ήδη να καλύψουν όλες τις ενεργειακές ανάγκες ενός κτιρίου. Επίσης, η συλλογή φωτός στις άκρες περιγράφει ειδικά τους φωταυγείς συγκεντρωτές· δεν πρέπει να θεωρείται κοινός μηχανισμός κάθε διαφανούς φωτοβολταϊκού προϊόντος.

Μεγάλες δυνατότητες, συγκεκριμένοι περιορισμοί

Το ενδιαφέρον είναι ιδιαίτερα μεγάλο για κτίρια με εκτεταμένες γυάλινες προσόψεις. Επιφάνειες που σήμερα χρησιμοποιούνται για φωτισμό και θέα θα μπορούσαν να προσφέρουν και ηλεκτροπαραγωγή. Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης δυνατότητες ενσωμάτωσης σε οθόνες και άλλες διαφανείς επιφάνειες. Πρόκειται για πεδία εφαρμογής με διαφορετικές τεχνικές απαιτήσεις, όχι για έτοιμες λύσεις παντού.

Η διαφάνεια, η απόδοση και η αντοχή πρέπει να συνδυαστούν σε ένα πρακτικό σύστημα. Η συλλογή μόνο επιλεγμένων περιοχών του ηλιακού φάσματος περιορίζει τη διαθέσιμη ενέργεια. Γι’ αυτό οι επιστήμονες αξιολογούν ταυτόχρονα πόσο ρεύμα παράγεται και πόσο ορατό φως διαπερνά το υλικό. Ένας υψηλός βαθμός διαφάνειας δεν αρκεί από μόνος του για να περιγράψει την ενεργειακή επίδοση.

Για έναν ιδιοκτήτη, τα ουσιαστικά ερωτήματα είναι συγκεκριμένα: πόση ενέργεια παράγει το σύστημα στη συγκεκριμένη θέση, πόσο κοστίζει, τι διάρκεια ζωής έχει και πώς εγκαθίσταται. Χωρίς αυτά τα δεδομένα, δεν μπορεί να υποσχεθεί κανείς συγκεκριμένη εξοικονόμηση στον λογαριασμό.

Τα «αόρατα φωτοβολταϊκά» δεν είναι αόρατα παράθυρα, ούτε μαγική μετατροπή κάθε υπάρχοντος τζαμιού σε σταθμό ενέργειας. Είναι μια υπαρκτή τεχνολογική κατεύθυνση που διευρύνει τις επιφάνειες από τις οποίες μπορούμε να συλλέγουμε ηλιακή ενέργεια. Και αυτό, από μόνο του, έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τα κτίρια του μέλλοντος.

Πηγές

• Michigan State University – Εγκατάσταση ηλιακών υαλοπινάκων, 2021
• Advanced Optical Materials – Μελέτη για διαφανείς συγκεντρωτές, 2014
• Michigan State University – Invisible Solar
• Έρευνα για συλλογή υπεριώδους και εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας