Jednym z najistotniejszych elementów współczesnego budownictwa, a zarazem wyzwaniem, jest aspekt energetyczny. Jest to także przedmiot ciągłego rozwoju nowych technologii i zastosowań zmierzających w kierunku energooszczędnych i pasywnych budynków. Dużą uwagę w tej kwestii warto skupić na szybko zmieniającym się trendzie ku samowystarczalności energetycznej oraz energetyce prosumenckiej. Tworzy to dziedzinę w budownictwie którą możemy nazwać „budowlane OZE”.

Nie jest już raczej innowacyjnością w polskim sektorze instalacyjnym stosowanie pomp ciepła czy paneli fotowoltaicznych. Niestety, ze względu na ciągle stosunkowo wysoką cenę nie są one jeszcze tak popularne. Mimo to, między innymi dzięki dotacjom, zapisały się one w strukturze źródeł energii jako istotna alternatywa i produkt o dużym zaawansowaniu technologicznym. Patrząc jednak w przyszłość, to horyzoncie pojawiają się coraz to nowsze, innowacyjne rozwiązania w dziedzinie odnawialnych źródeł energii w budownictwie.

Ważną odnogę tej gałęzi stanowią nowoczesne materiały z których zbudowane są konstrukcje i izolacje powstających budynków. Choć sama izolacja nie jest źródłem energii to stanowi najważniejszy element w zatrzymaniu ciepła bądź chłodu w bryle budynku. Z niej pośrednio wynika także zużycie ciepła w domu, a zarazem zapotrzebowanie energetyczne, jakie posiada dany budynek. Wielkością charakterystyczną, która decyduje o tych parametrach, jest współczynnik przewodzenia ciepła. Im jest on niższy, tym mniej ciepła przechodzi przez materiał, zapewniając jednocześnie lepszą izolację cieplną bez konieczności znacznego wzrostu grubości materiału izolacyjnego. Nowoczesne izolacje termiczne muszą mieć zatem wartość współczynnika przewodzenia ciepła mniejszą niż 0,04 W/(m*K). To, co jest ważne dla tego typu materiałów, to także wytrzymałość mechaniczna, izolacja akustyczna, odporność na ogień czy wilgoć.

Jednak w budownictwie nie tylko istotne jest, aby zatrzymać jak najwięcej ciepła wewnątrz budynku, ale również aby pozyskiwać energię ze światła słonecznego wpadającego do środka pomieszczenia za pomocą przeszkleń. Obecne technologie pozwalają nie tylko traktować promienie słoneczne jako aspekt uzysków energii w ogólnym audycie budynku, lecz także generować z nich energię elektryczną. Takimi urządzeniami są transparentne ogniwa fotowoltaiczne charakteryzujące się nie tylko, jak na współczesne okna przystało, przezroczystością i dobrą izolacją termiczną, ale także zastosowaniem nowoczesnych materiałów i technologii. Jedne z opracowanych szyb tego typu składają się po kolei: ze szkła, warstwy transportującej ładunek, warstwy kropek kwantowych, warstwy przewodzącej i na końcu z drugiej warstwy szkła, a wszystko zamknięte w odpowiedniej oprawie okiennej.

 

Schemat budowy okna z zastosowaniem technologii transparentnych ogniw solarnych, źródło: hermanvandenbosch.com

Zasada działania takiej szyby opiera się na absorpcji promieniowania podczerwonego oraz ultrafioletowego poprzez powłokę kropek kwantowych oraz przepuszczania reszty światła widzialnego. Kropki kwantowe to bardzo małe półprzewodniki. Ich rozmiar to zaledwie kilkadziesiąt nanometrów co sprawia, że są praktycznie niezauważalne. Powłoka złożona z owych kropek pełni rolę filtra, zatrzymującego szkodliwe promieniowanie UV i podczerwień, przy okazji produkując energię elektryczną. To rozwiązanie – dzięki bardzo małym rozmiarom – nie zmieni istotnie wagi szyby oraz jest w stanie zastąpić zwykłe okna, zachowując przy tym wszystkie zdolności izolacyjne oraz przezroczystość. Kropki kwantowe mają także możliwość świecenia w dowolnym kolorze oraz pełnienia roli paneli fotowoltaicznych. Ponad to mają przewagę nad występującym powszechnie w ogniwach PV krzemem. Charakteryzują się lepszą absorpcją promieni słonecznych, a także odpornością na czynniki atmosferyczne oraz spadek sprawności wraz z upływem czasu.

Choć fotowoltaikę znamy głównie z dużych, ciemnych paneli umieszczonych na dachach budynków, to dzięki nanomateriałom i rozwojowi technologii wkracza ona na zupełnie nowy poziom, nabierając przy tym zdecydowanie więcej możliwości. Sprawia to, że materiały tego typu oprócz tradycyjnych okien mogą być stosowane w branży budowlanej jako fasady, balustrady czy świetliki. Mogą być także wykorzystane w samochodach oraz innego typu obiektach szklanych. To wszystko wskazuje na szeroką gamę zastosowań w zdecydowanie większej skali, chociażby na szklanych biurowcach.

Brzmi jak melodia przyszłości, lecz wcale nie taka odległa. Wystarczy tylko poczekać na komercyjną ekspansję tego innowacyjnego rozwiązania. Transparentne ogniwa fotowoltaiczne stanowią nie tylko alternatywę dla tradycyjnych paneli PV, ale także tworzą efektywny sposób wykorzystania całych przeszkleń i okien budynków. Będzie to rewolucyjny sposób produkcji czystej energii i tworzenia samowystarczalnych budynków wykorzystujących i tak padające na nie promienie słoneczne.

Nowe technologie w obszarze odnawialnych źródeł energii są istotnym zagadnieniem w kontekście dalszej transformacji energetycznej oraz rozwoju rynku fotowoltaicznego. Z całą pewnością będzie to tematem V Konferencji Naukowej „Bezpieczeństwo energetyczne – filary i perspektywa rozwoju” organizowanej w dniach 12-13 października 2020 r. na Politechnice Rzeszowskiej im. Ignacego Łukasiewicza. Celem wydarzenia będzie dyskusja na temat przyszłości energetycznej Polski, wymiana wiedzy i doświadczeń, a także synergia nauki oraz biznesu.

Redakcja GLOBEnergia objęła wydarzenie patronatem medialnym.

Sponsorami Konferencji zostali:

Główni Partnerzy: PGE Polska Grupa Energetyczna S.A., OGP GAZ-SYSTEM S.A., PKN Orlen S.A.

Srebrni Partnerzy: Województwo Podkarpackie, Polskie Sieci Elektroenergetyczne, MPWiK Rzeszów, ML-SYSTEM, Polska Spółka Gazownictwa, Towarowa Giełda Energii, PERN

Brązowi Partnerzy: Gas-Trading S.A., Asseco Poland, Fundacja Muzeum Przemysłu Naftowego i Gazowniczego im. Ignacego Łukasiewicza w Bóbrce, Inżynieria Rzeszów S.A., DFE SECURITY

Szczegółowe informacje o Konferencji dostępne są na stronie: www.instytutpe.pl/konferencja2020

Redakcja GLOBEnergia