Окна, которые пропускают свет и одновременно вырабатывают электричество — это шаг к идеальной жизни на основе захватывающей, но недостижимой идеи. По крайней мере, так считалось до недавнего времени. Сделать тонкую пленку из солнечных батарей, которую можно наклеивать на оконные стекла, достаточно просто. Трудно обеспечить эффективное преобразование солнечного света в электричество. Но австралийские ученые говорят, что им удалось решить эту проблему.
Команда исследователей, возглавляемая профессором кафедры химии материалов Яцеком Ясениаком, разработала новый тип полупрозрачных солнечных элементов, имеющих одно важное отличие от других полупрозрачных элементов: у них имеется обычный компонент солнечной панели и органический проводник, который можно преобразовать в гораздо более стабильный полимер.
Используемый сегодня исходный компонент, названный Spiro-OMeTAD, печально известен своей нестабильностью, что отрицательно сказывается на процессе преобразования перовскитовыми солнечными элементами света в электричество. Что из себя представляет перовскитовый солнечный элемент? Это ячейка, в которой вместо солисона используется один из группы минералов, известных как перовскиты. Перовскиты обеспечивают более высокую эффективность преобразования при меньших затратах, по сравнению с кремниевыми элементами. Но существовала одна проблема — нестабильность процесса, но австралийским ученым, похоже, удалось решить ее.
Эффективность новых солнечных элементов действительно впечатляет: «Обычные солнечные панели для крыш имеют коэффициент преобразования от 15 до 20%, — говорит Ясениак. — Полупрозрачные ячейки имеют эффективность преобразования 17% и при этом пропускают более 10% входящего света, поэтому они имеют хорошие перспективы. Это давняя мечта — иметь окна, которые генерируют электричество, и теперь это вполне возможно».
Но есть один подвох. Чем непрозрачнее стекло, тем больше солнечной энергии оно преобразует в электричество, поэтому, если новые элементы будут использоваться в зданиях, архитекторам необходимо учитывать такую взаимосвязь между прозрачностью стекла и эффективностью преобразования. Но ведь можно просто увеличить в проекте здания площадь оконных конструкций.
По словам Ясениака, окно с новыми солнечными элементами может сделать таким же прозрачным, как и существующие стеклянные окна, и оно будет генерировать около 140 Вт электроэнергии на квадратный метр. Если умножить это на все квадратные метры оконных площадей, к примеру, офисного здания, то количество энергии, которое могли бы генерировать эти солнечные элементы, становится вполне приличным.
В Соединенных Штатах есть частная компания Ubiquitous Energy, которая недавно сообщила многообещающую новость о разработке солнечных окон. Компания занимается изготовлением того, что называют солнечным стеклом, способным преобразовывать свет в электричество без необходимости окрашивать стекло. Компания, связанная с Массачусетским технологическим институтом, использует органический краситель для стекла, который поглощает инфракрасную часть спектра солнечного излучения и превращает его в электричество.
«Светопоглощающие красители встречаются повсюду. Они есть в красках, в пигментах для одежды и даже в электронных устройствах, — сказал в интервью CNN главный технолог Ubiquitous Energy Майлз Барр. — Мы разработали красители, которые избирательно поглощают инфракрасный свет, преобразуя его в электричество».
Самое замечательное в прозрачном стекле ClearView Power то, что его применение не ограничивается только зданиями. Его можно устаналивать на автомобилях и даже на экранах смартфонов. Конечно, коэффициент преобразования светопоглощающего красителя относительно низок. Однако с другой стороны, коэффициент полезного действия является рекордно высоким. В прошлом году Ubiquitous Energy похвасталась мировым рекордом по эффективности преобразования для прозрачного солнечного элемента — 9,8 процента.
Сегодня это, конечно, не так уж много, но опять же, низкая стоимость и масштабируемость проекта могут сделать каждый процент конверсии значимым, как и в случае с солнечной батареей австралийских разработчиков. Сочетание низкой стоимости и возможности масштабирования становится еще более привлекательным в контексте стремления использовать больше источников возобновляемой энергии — тенденции, которая набирает такие обороты, что в Калифорнии стало обязательным для каждого нового строящегося дома использовать какие-либо солнечные технологии.
Ближайшие перспективы солнечного стекла пока остаются неясными. Солнечная индустрия не избежала удара пандемии коронавируса, и использование новых солнечных панелей в Калифорнии, являющейся лидером в области солнечной энергетики, резко сократилось. Этого следовало ожидать; во многих других отраслях происходит то же самое: это связано с ростом безработицы, вызванный принятием ограничительных мер, и значительным сокращением потребительских расходов.
Согласно прогнозов синоптиков, этот год не будет благоприятным для развития возобновляемой энергетики. В промышленности уже сейчас идут сокращения, и это может затронуть до четверти миллиона рабочих мест. Так же могут быть отложены многие проекты в сфере коммунальных услуг — вплоть до второй половины 2020 года или даже до следующего года.
Тем не менее, пандемия, скорее всего, станет лишь временным препятствием для развития солнечной энергетики, особенно в тех направлениях, где предлагаются более экономичные альтернативы солнечным установкам, устанавливаемым на крышах зданий. Солнечное стекло имеет хорошие перспективы, и это только вопрос времени, когда новая технология будет реализована на практике.