Прозрачные солнечные материалы, которые можно наносить на окна, представляют собой огромный источник неиспользованной энергии и могут собирать столько же энергии, сколько и более крупные и громоздкие солнечные батареи на крышах, сообщают ученые в Nature Energy.
Во главе с инженерами-исследователями из Мичиганского государственного университета авторы утверждают, что широкое использование таких высокопрозрачных солнечных батарей вместе с блоками на крыше может почти удовлетворить спрос на электроэнергию в США и резко сократить использование ископаемого топлива.
«Солнечные элементы с высокой прозрачностью представляют собой волну будущего для новых солнечных приложений», - сказал Ричард Лант, доцент кафедры химической инженерии и материаловедения МГУ имени Йохансена Кросби. «Мы проанализировали их потенциал и показали, что, собирая только невидимый свет, эти устройства могут обеспечить такой же потенциал выработки электроэнергии, как и солнечные панели на крышах, и в то же время обеспечить дополнительную функциональность для повышения эффективности зданий, автомобилей и мобильной электроники».
Лант и его коллеги из МГУ первыми разработали прозрачный люминесцентный солнечный концентратор, который при размещении на окне создает солнечную энергию, не нарушая обзор. Тонкий пластиковый материал можно использовать для отделки зданий, автомобильных стекол, мобильных телефонов и других устройств с прозрачной поверхностью.
Система сбора солнечной энергии использует органические молекулы, разработанные Лунтом и его командой, для поглощения невидимых длин волн солнечного света. Исследователи могут «настроить» эти материалы, чтобы улавливать только ультрафиолетовые и ближние инфракрасные волны, которые затем преобразуют эту энергию в электричество.
Отказ от ископаемого топлива в глобальном потреблении энергии потребует таких инновационных и рентабельных технологий использования возобновляемых источников энергии. Только около 1,5% спроса на электроэнергию в Соединенных Штатах и во всем мире производится за счет солнечной энергии.
Но с точки зрения общего электрического потенциала, авторы отмечают, что, по оценкам, в Соединенных Штатах имеется от 5 до 7 миллиардов квадратных метров стеклянной поверхности. И с таким большим количеством стекла, которое нужно покрыть, прозрачные солнечные технологии могут обеспечить около 40 процентов спроса на энергию в США - примерно такой же потенциал, как у солнечных батарей на крышах. «Дополнительное развертывание обеих технологий, - сказал Лант, - может обеспечить нам почти 100 % нашего спроса, если мы также улучшим хранение энергии».
Лант сказал, что высокопрозрачные солнечные панели показывают КПД выше 5 процентов, в то время как эффективность традиционных солнечных панелей обычно составляет от 15 до 18 процентов. Хотя прозрачные солнечные технологии никогда не будут более эффективными в преобразовании солнечной энергии в электричество, чем их непрозрачные аналоги, они могут приблизиться и предложить потенциал для применения на гораздо большей дополнительной поверхности, сказал он..
Сейчас прозрачные солнечные технологии используют только около трети своего реального общего потенциала, добавил Лант.
«Это то, над чем мы работаем», - сказал он. «Традиционные применения солнечной энергии активно исследуются уже более пяти десятилетий, но мы работаем над этими высокопрозрачными солнечными элементами всего около пяти лет. В конечном счете, эта технология предлагает многообещающий путь к недорогому и широкому внедрению солнечной энергии на малых и больших были ранее недоступны."