Исследовательская группа из Гонконга создала солнечное окно, которое может генерировать электроэнергию на внешней стороне с помощью люминесцентного солнечного концентратора и тепловую энергию на внутренней стороне с помощью прозрачных солнечных поглотителей.
Ученые из Гонконгского университета науки и технологий разработали двухдиапазонное селективное окно для сбора солнечного излучения (SSH) на основе прозрачных фотоэлектрических элементов (TPV) и прозрачных солнечных поглотителей (TSA). TSA используются для преобразования ультрафиолетового (УФ) или ближнего инфракрасного (БИК) света путем преобразования его в тепловую энергию.
«Собранная тепловая энергия извлекается вентилируемым воздухом для обогрева помещений в холодное время года или снижения тепловой нагрузки для их охлаждения в жаркий период», — пояснили они. «Мы продемонстрировали, что коэффициент пропускания окна SSH составляет 42%, эффективность преобразования солнечной энергии - 0,75% и эффективность преобразования солнечной энергии при повышении температуры вентилируемого воздуха на 10°C - 24%».
В качестве внешнего окна исследовательская группа использовала люминесцентный солнечный концентратор (TPV) на основе квантовых точек (КТ) из сульфида меди, индия и сульфида цинка (CuInS2/ZnS). Окно собирает ультрафиолетовый свет и передает его непрозрачным фотоэлектрическим устройствам, расположенным на краю прозрачной подложки для выработки электроэнергии. Вместо этого TSA использовались для изготовления внутренней стороны окна, где производится и собирается тепло.
«Тепловая энергия в основном поступает через вентиляционные отверстия для различных целей, например, отопления помещений в холодное время года», — заявили в группе.
Ученые изготовили прототип размером 30 см x 30 см x 2,4 см, собрав элементы TPV с TSA на внутренней стороне. Они утверждают, что устройство обладает достаточным коэффициентом пропускания в видимом диапазоне, способно генерировать мощность до 6 Вт на квадратный метр и тепловую мощность около 150 Вт на квадратный метр.
«Тепловая мощность в 25 раз превышает вырабатываемую электроэнергию, что говорит о том, что встроенные в здание окна «собирают» солнечную энергию», — заявили они. «При сборе тепловой энергии с помощью вентиляции воздуха общий коэффициент эффективности оценивается более чем в 30% при типичных условиях эксплуатации для обогрева помещений. С помощью окна SSH можно снизить годовое потребление энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха (HVAC) на 61,5% по сравнению с обычным окном, в дополнение к генерируемой электроэнергии, которая составляет до 19,1% годовой суммы энергосбережения».
Результаты исследования представлены в статье «Selective Solar Harvesting Windows for Full-Spectrum Utilization», которая недавно была опубликована в журнале Advanced Science.