| |||
|
Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. | |||
|
A okna změníme v elektrárnu...
Jiřina Scholtzová
Co byste řekli na elektrárnu, která není vidět? Tým z MIT dokáže proměnit obyčejné okno v solární elektrárnu a přitom zachovat jeho funkci, tj. příliš nezměnit jeho průhlednost. Novou technologií se jim podařilo do okenního skla přidat fotovoltaické panely a současně zachovat propustnost světla vyšší než 65 %. Vědecký článek se objeví v právě připravovaném čísle časopisu APL (Applied Physics Letters).
|
MIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v massachusettském Cambridge. Univerzita byla založena Williamem Bartonem Rogersem v roce 1861. Skládá se z pěti škol a jedné koleje. Přestože jde o soukromou univerzitu, je podporována i státem. Spravuje livingstonskou část detektoru LIGO. Fotovoltaický jev – vznik elektrického napětí při dopadu světla na rozhraní dvou materiálů. Jevu lze využít ke konstrukci fotovoltaického článku. Fotovoltaický jev objevil v roce 1839 Alexandr Edmond Becquerel (1820–1891) spolu se svým otcem Antoine Césarem Becquerelem (1788–1878). Fotovoltaický článek – polovodičová součástka schopná přeměňovat za pomoci tzv. fotovoltaického jevu světelnou energii na elektrickou. Z fotovoltaických článků se například konstruují panely slunečních baterií na kosmických družicích a sondách. |
Co vidíte? Sklo? Omyl, toto je fotovoltaický panel. Fotografie: Geoffrey Supran.
Neviditelná solární buňka
Pokud s novou technologií vědci z MITMIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v massachusettském Cambridge. Univerzita byla založena Williamem Bartonem Rogersem v roce 1861. Skládá se z pěti škol a jedné koleje. Přestože jde o soukromou univerzitu, je podporována i státem. Spravuje livingstonskou část detektoru LIGO. uspějí, budou v budoucnu vnější okna budov pokryta vrstvou vyrábějící energii, aniž by došlo ke snížení propustnosti světla.
Základem této nové technologie je fotovoltaickáFotovoltaický jev – vznik elektrického napětí při dopadu světla na rozhraní dvou materiálů. Jevu lze využít ke konstrukci fotovoltaického článku. Fotovoltaický jev objevil v roce 1839 Alexandr Edmond Becquerel (1820–1891) spolu se svým otcem Antoine Césarem Becquerelem (1788–1878). buňka založená na organických molekulách (OPV – Organic Photovoltaic Devices), které využívají energii infračerveného světla, zatímco viditelné světlo prochází nezměněné. Tyto fotovoltaické kolegyně mohou v obyčejném okenním skle produkovat dostatek energie jak pro osvětlení, tak pro další zařízení. Náklady na instalaci nebudou vysoké – využijí se klasické metody pro výrobu oken. Dnešní cena fotovoltaických panelů je až z poloviny tvořena cenou skla a konstrukčních částí, což by tato nová technologie odstranila.
Tým z MITMIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v massachusettském Cambridge. Univerzita byla založena Williamem Bartonem Rogersem v roce 1861. Skládá se z pěti škol a jedné koleje. Přestože jde o soukromou univerzitu, je podporována i státem. Spravuje livingstonskou část detektoru LIGO. tvořený profesorem Vladimirem Bulovićem z katedry elektroinženýrství a počítačů a Richardem Luntem, postdoktorandským vědcem z RLE (Research Laboratory of Electronics), není první, který se pokusil o vytvoření průhledného fotovoltaického panelu. Předchozí pokusy ale měly buď extrémně nízkou účinnost (na elektřinu se podařilo přetvořit méně než 1 procento přijímané energie) nebo blokovaly příliš mnoho světla, takže je nebylo možné instalovat do oken. Těmto dvěma vědcům se však podařilo nanést na povrch skla interferometrické vrstvy v blízké infračervené oblasti tak, že dosáhli účinnosti konverze 1,3 %. Po nanesení další vrstvy, jenž odráží blízké IR, dosáhli účinnosti až 2,4 % při propustnosti viditelného světla přes 55 %, což vypadalo pro začátek slibně.
Diagram průhledné fotovoltaické architektury. Šipkou je označena jednoduchá průhledná struktura bez odrazných vrstev pro blízké IR záření. BBAR (Broad-Band AntiReflection) – širokopásmová antireflexní vrstva; DBR (Distributed Bragg Reflector) – Braggovo zrcadlo pro blízké infračervené záření; ITO (Indium Tin Oxide) – oxid india a cínu; ClAlPc – Chloro Aluminium phthalocyanin; BCP – bathocuproin.
Velmi praktické
Nový povrch by se dal použít všude tam, kde se budou měnit či nově instalovat okna. Na kalkulaci je sice ještě brzy, ale cena nebude o mnoho vyšší než u klasických oken, protože jediným nákladem navíc (vedle výroby skla, rámů a samotné instalace) je pouhé potažení skla fotovoltaickou vrstvou. Přitom moderní okna s dvojitou výplní umožňují velmi jednoduchou ochranu před poškozením této cenné vrstvy. Umístěním na vnitřní stranu vnějšího skla ji nebude možné poškodit vlivem počasí ani mytím. Jedinou novinkou v domech s fotovoltaickými okny tak bude drátové připojení k oknu a regulátor, který je nutný pro správné fungování systému.
Práce na projektu je stále ještě v plenkách, nicméně poslední verze solárního panelu je již o 1,7 % účinnější než jeho první prototyp a předpokládá se, že finální verze dosáhne účinnosti 12 %, což je srovnatelné s dnešními běžně používanými fotovoltaickými panely. Vědci předpokládají, že by se jejich vynález mohl začít používat v komerční sféře v průběhu 10 let. Jejich idea je taková, že by se skla s fotovoltaickou vrstvou vyráběla přímo při zpracování skla. Fotovoltaickou vrstvu by tvořil nějaký flexibilní materiál, který by se pouze přidal na hotová okna. Není to nemožné, protože již nyní jsou firmy, které produkují flexibilní fotovoltaické materiály (například Konarka), které by se dali umístit, mimo jiné, i do okenních skel.
Výhody, samé výhody!
Tento vynález je lákavý v tom, že fotovoltaickou vrstvu lze přidat na již rozmístěné věci. Neklade žádné nároky na nový prostor či infrastrukturu jako u nás velmi oblíbené solární elektrárny roztahující se na polích. Další výhodou je samotný výrobní proces flexibilního materiálu, který bude šetrný k životnímu prostředí. Nevyžaduje totiž tolik energie jako výroba solárních buněk založených na křemíku. Proces výroby těchto nových buněk bude probíhat při pokojových teplotách. Další úsporu přinese samotné použití skel. Ta budou blokovat teplo vnikající do budov ze slunečního záření a tím ušetří i energii, kterou by jinak spotřebovala klimatizace.
Závěr
O flexibilní či průhledné fotovoltaické materiály není nouze. Lze o nich dohledat mnoho článků starých i několik let. Žádný z nich ale nemá obě vynikající vlastnosti nového řešení z MIT. Jedná se vesměs o flexibilní neprůhledné nebo průhledné a neúčinné fotovoltaické materiály. Například solární buňky firmy Konarka vyrobené z plastových materiálů lze flexibilně přizpůsobovat různým nerovnostem povrchů. Mají účinnost 6 procent a životnost 25 let. Využít ho chtějí například v armádě na vnější vrstvu stanů nebo, jak je patrno z obrázku, třeba i na slunečník ve vaší zahradě.
Slunečník se solárním panelem. Zdroj: Konarka.
Pokusy o zprůhlednění fotovoltaické vrstvy: (a) průhledný fotovoltaický modul z roku 2009 (Konarka); (b) Průhledný sluneční panel z křemíkových kuliček z roku 2010 se může osadit i do zakřivených ploch (Kyosemi Corp.).
Odkazy
- David L. Chandle: Turning windows into powerplants – New technology from MIT could enable a building’s windows to generate power, without blocking the view; MIT News, April 15, 2011
- Richard R. Lunt, Vladimir Bulovic: Transparent, near-infrared organic photovoltaic solar cells for window and energy-scavenging applications; Applied Physics Letters 98 (2011) 113305
- Eco Tech: Konarka develops transparent solar cells for sun harvesting windows; May 9 2009
- Mike Chino: Transparent Solar Windows Set to Energize Homes; Inhabitat, 14 Apr 2008
- Martin LaMonica: Transparent plastic solar cells fitted into windows; Cnet News, 8 May 2009
- Martin Žáček: Současný stav a trendy ve vývoji fotovoltaických panelů; AB 37/2010
- Vítězslav Kříha: Organické koncentrátory slunečního záření; AB 34/2008
- Miroslav Havránek: Organické polymery jako zdroj energie; AB 30/2007
