Fotowoltaika czy kolektory? A może inteligentne okno 2w1?

Zespół naukowo-badawczy z Hongkongu zbudował innowacyjne okno słoneczne (SSH), generujące ciepło i energię elektryczną jednocześnie. Konstrukcja okna opiera się o technologie przezroczystej fotowoltaiki (TPV) i przezroczystych absorberów słonecznych (TSA). Czy opracowane okno pozwoli na oszczędność energii?

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Problem energooszczędnych okien

Badacze z Hongkongu postawili sobie za cel skonstruowanie okna, które będzie w stanie wykorzystać energię promieniowania słonecznego do wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Tradycyjne okna stanowią główne źródło utraty ciepła zimą lub zysków ciepła w okresie lata. Ze względu na to, opracowano już wiele technologii okien energooszczędnych. Nowoczesne okna, choć zmniejszają obciążenie związane z chłodzeniem wnętrz i zmniejszają zużycie energii w budynku, to niestety też rozpraszają znaczną część energii słonecznej, szczególnie w gorących porach roku. Tę energię można wykorzystać na przykład za pomocą okien, które mogą pozyskiwać rozproszoną energię słoneczną w postaci energii elektrycznej lub cieplnej.

Budowa okna

Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Technologii w Hongkongu opracowali okno, które produkuje ciepło i energię elektryczną w oparciu o dwie technologie. Za pośrednictwem luminescencyjnego koncentratora słonecznego umieszczonego po stronie zewnętrznej, okno to generuje energię elektryczną. Jednocześnie produkuje również ciepło dzięki zastosowaniu przezroczystych absorberów słonecznych po stronie wewnętrznej. Zebrana energia cieplna jest transportowana przez powietrze przepływające wewnątrz konstrukcji okna, które zapewnia ogrzewanie pomieszczeń w zimnych okresach w trakcie roku.

Źródło: advancedscience.com

Badacze wykorzystali luminescencyjny koncentrator słoneczny (TPV) jako okno zewnętrzne, które wykonano przy wykorzystaniu siarczków: miedzi, indu i cynku. Okno jest w stanie zbierać promieniowanie UV i transportować je do nieprzezroczystych urządzeń fotowoltaicznych, które znajdują się na krawędzi przezroczystego podłoża. Wewnętrzne okno zostało opracowane i wykonane w technologii przezroczystych absorberów słonecznych (TSA), które umożliwiają wytwarzanie ciepła.

Osiągi prototypu

Naukowcy z Hongkongu stworzyli prototyp o wymiarach 30 cm x 30 cm x 2,4 cm. Ich zdaniem, urządzenie wykazywało znaczną przepuszczalność światła i generację elektryczności na poziomie 6 W/m2 oraz generację ciepła wynoszącą około 150 W/m2.

Wykazano, że okno SSH cechuje się przepuszczalnością światła widzialnego wynoszącą 42 proc., osiągając sprawność konwersji energii słonecznej na energię elektryczną równą 0,75 proc. oraz sprawność przekształcenia energii słonecznej na ciepło na poziomie 24 proc. przy wzroście temperatury powietrza wentylowanego o 10°C. W porównaniu ze zwykłą przezroczystą fotowoltaiką, okno SSH zwiększa nawet trzykrotnie wydajność pozyskiwania energii słonecznej przy zachowaniu znacznej przepuszczalności światła widzialnego. Symulacje sugerują, że innowacyjne okno, oprócz generowania prądu, zapewnia oszczędność energii o ponad 30 proc. wyższą niż zwykłe inteligentne okna.

Moc cieplna jest aż 25 razy większa od generowanej energii elektrycznej, co sugeruje, że pozyskiwanie ciepła będzie mieć priorytetowe znaczenie dla okien zintegrowanych z budynkiem. Dzięki wychwytywaniu energii cieplnej przez wentylowanie powietrzem, całkowitą sprawność oszacowano na ponad 30 proc. w typowych warunkach pracy w zastosowaniach ogrzewania pomieszczeń w budynkach.

Zdaniem badaczy, okno SSH pozwala na zaoszczędzenie rocznego zużycia energii na ogrzewanie, wentylację i klimatyzację (HVAC) nawet o 61,5 proc. w porównaniu ze zwykłym szkłem, oprócz wytworzonej energii elektrycznej, która stanowi do 19,1 proc. rocznej kwoty oszczędności energii. 

Opracowano na podstawie: pv-magazine.com, advancedscience.com

Zobacz również