Cum funcționează ferestrele solare?

Ferestrele solare sunt foi de sticlă cu proprietăți fotovoltaice. Acest lucru le permite ferestrelor solare nu doar să lase lumina să pătrundă în clădiri, ci și să absoarbă energia soarelui și să o transforme în electricitate.

Deși sunt încă în stadiul de dezvoltare, ferestrele solare sunt o tehnologie promițătoare în tranziția către o energie mai curată. Alături de alte tipuri de sisteme fotovoltaice integrate în clădiri (BIPV), cum ar fi acoperișuri solare și vopsea solară, ferestrele solare sunt integrate în structura unei clădiri, în loc să fie adăugate ulterior.

Cum funcționează ferestrele solare

În timp ce panourile solare tradiționale au de obicei o culoare închisă pentru a absorbi cât mai multă lumină solară posibil, ferestrele tradiționale trebuie să fie transparente. Prin urmare, dezvoltatorii de ferestre solare trebuie să permită atât pătrunderea luminii, cât și generarea unei cantități suficiente de electricitate pentru a face fabricarea și instalarea lor rentabile.

O serie de soluții potențiale pentru ferestrele solare se află încă în stadiul de cercetare și dezvoltare, în timp ce câteva au ajuns recent pe piață.

Cerneală și folie

O cerneală fotovoltaică sau o folie fotovoltaică subțire este aplicată pe suprafața sticlei, fie în timpul procesului de fabricație, fie ulterior pe ferestrele existente. NEXT Energy Technologies produce o cerneală fotovoltaică transparentă din materiale semiconductoare organice care poate fi printată direct pe ferestre.

Prin contrast, Solar Window Technologies produce foi subțiri de sticlă flexibilă acoperite cu un lichid fotovoltaic, concepute pentru a fi instalate pe ferestrele existente ale zgârie-norilor.

Micro-panouri și jaluzele

Micro-panouri PV tradiționale mici sunt plasate în cele patru laturi sau colțuri ale ferestrelor, astfel încât să nu obstrueze o cantitate semnificativă de lumină. Jaluzelele solare complet opace sau semi-transparente, cum ar fi cele comercializate de SolarGaps, duc ideea micro-panourilor un pas mai departe, având panouri solare miniaturale capabile să se rotească pentru a urmări traseul soarelui, în timp ce acționează și ca jaluzele.

Straturi intermediare între geamuri

Ferestrele cu geam dublu sunt fabricate cu celule solare între cele două geamuri. EnergyGlass produce straturi intermediare transparente de nanoparticule anorganice care sunt laminate între două straturi de sticlă. Stratul suplimentar oferă, de asemenea, mai multă izolare decât ferestrele cu geam simplu sau dublu, astfel încât ferestrele solare pot reduce costurile de încălzire și răcire în același timp în care produc electricitate.

Puncte cuantice

Punctele cuantice sunt celule PV de dimensiuni nano care sunt implantate în sticlă însăși. Tehnologia punctelor cuantice folosește nanocristale transparente (în esență, mici mărgele de sticlă) și mecanică cuantică pentru a converti energia solară în electricitate.

În loc să absoarbă lumina vizibilă (reducând astfel cantitatea de lumină care trece prin ferestre), punctele cuantice convertesc lumina ultravioletă invizibilă, care conține mai multă energie decât lumina vizibilă. Absorbția luminii UV reduce, de asemenea, efectele sale nocive asupra oamenilor și mobilei.

Punctele cuantice implantate în ferestre pot, de asemenea, redirecționa lumina infraroșie către celulele fotovoltaice, deși lumina infraroșie conține mai puțină energie decât lumina vizibilă, ceea ce o face un convertor mai puțin eficient de electricitate.

Piața ferestrelor solare

Tehnologia sticlei solare este încă în evoluție. În prezent, dezvoltatorii încearcă încă să facă ferestrele solare economice – atât pentru producător, cât și pentru consumator.

Startup-uri, inclusiv NEXT Energy Technologies și SolarGaps, s-au bazat adesea pe sprijinul guvernamental pentru cercetare și dezvoltare pentru a-și aduce produsele pe piață. Primul proiect demonstrativ al NEXT Energy Technologies din Fremont, California, anunțat în aprilie 2022, a fost sprijinit de un grant de 3 milioane de dolari din partea Comisiei Energetice din California, în timp ce SolarGaps a primit finanțare din partea Uniunii Europene.

Ca în orice tehnologie nouă, nu fiecare produs are succes. Physee, un dezvoltator olandez de tehnologie pentru construcții sustenabile, a instalat PowerWindows ca proiect pilot într-o bancă olandeză în 2017. Cu toate acestea, fiecare fereastră a generat suficientă electricitate doar pentru a încărca mai multe smartphone-uri simultan. Deși dezvoltă și comercializează alte tehnologii inovatoare, Physee nu a lansat încă PowerWindows pe piață.

Viitorul ferestrelor solare

Industria producției de sticlă pentru ferestre este o industrie de miliarde de dolari, iar construcțiile noi reprezintă o oportunitate atrăgătoare pentru dezvoltatorii de sticlă solară. Numai în Statele Unite, construcția începe pentru aproximativ 1,8 milioane de case noi în fiecare an, conform Recensământului SUA. Din ianuarie 2020, toate casele nou construite din California au fost obligate să aibă PV solar ca sursă de electricitate – o piață potențială de peste 100.000 de case noi pe an.

Eficientizarea și economisirea renovărilor sunt poate chiar mai importante. Clădirile reprezintă aproximativ 16% din emisiile de gaze cu efect de seră, majoritatea provenind de la încălzire și răcire, conform IPCC. Un studiu realizat de Architecture 2030 prezice că două treimi din toate clădirile din 2040 vor fi clădiri care există astăzi – ceea ce înseamnă că renovarea clădirilor existente va fi vitală în lupta pentru atenuarea schimbărilor climatice. Fie în construcțiile noi, fie în renovări, ferestrele solare vor trebui să joace un rol vital în efortul de a electrificarea a tot.