Дослідницька група Гонконгу створила сонячне вікно, яке може генерувати електроенергію на зовнішній стороні за допомогою люмінесцентного сонячного концентратора і теплову енергію на внутрішній стороні за допомогою прозорих сонячних поглиначів.
Вчені з Гонконзького університету науки та технологій розробили дводіапазонне селективне вікно для збирання сонячного випромінювання (SSH) на основі прозорих фотоелектричних елементів (TPV) та прозорих сонячних поглиначів (TSA). TSA використовуються для перетворення ультрафіолетового (УФ) або ближнього інфрачервоного (БІК) світла шляхом перетворення його на теплову енергію.
«Зібрана теплова енергія витягується вентильованим повітрям для обігріву приміщень у холодну пору року або зниження теплового навантаження для їхнього охолодження в спекотний період», — пояснили вони. «Ми продемонстрували, що коефіцієнт пропускання вікна SSH становить 42%, ефективність перетворення сонячної енергії – 0,75% та ефективність перетворення сонячної енергії при підвищенні температури вентильованого повітря на 10°C – 24%».
Як зовнішнє вікно дослідницька група використовувала люмінесцентний сонячний концентратор (TPV) на основі квантових точок (КТ) з сульфіду міді, індія та сульфіду цинку (CuInS2/ZnS). Вікно збирає ультрафіолетове світло та передає його непрозорим фотоелектричним пристроям, розташованим на краю прозорої підкладки для вироблення електроенергії. Натомість TSA використовувалися для виготовлення внутрішньої сторони вікна, де виробляється та збирається тепло.
"Теплова енергія в основному надходить через вентиляційні отвори для різних цілей, наприклад, опалення приміщень в холодну пору року", - заявили в групі.
Вчені виготовили прототип розміром 30 x 30 x 2,4 см, зібравши елементи TPV з TSA на внутрішній стороні. Вони стверджують, що пристрій має достатній коефіцієнт пропускання у видимому діапазоні, здатний генерувати потужність до 6 Вт на квадратний метр і теплову потужність близько 150 Вт на квадратний метр.
«Теплова потужність у 25 разів перевищує електроенергію, що виробляється, що говорить про те, що вбудовані в будинок вікна «збирають» сонячну енергію», — заявили вони. «Під час збору теплової енергії за допомогою вентиляції повітря загальний коефіцієнт ефективності оцінюється більш ніж у 30% за типових умов експлуатації для обігріву приміщень. За допомогою вікна SSH можна знизити річне споживання енергії на опалення, вентиляцію та кондиціювання повітря (HVAC) на 61,5% у порівнянні зі звичайним вікном, на додаток до генерованої електроенергії, яка становить до 19,1% річної суми енергозбереження».
Результати дослідження представлені у статті "Selective Solar Harvesting Windows for Full-Spectrum Utilization", яка нещодавно була опублікована в журналі Advanced Science.