Finestre solari: concentratori solari trasparenti

Un team di ricercatori dell'Università del Michigan, guidato da Richard Lunt, ha sviluppato un concentratore solare unico in grado di convertire solo una parte dello spettro solare in ultravioletto, che non è percepibile dall'occhio umano. Il materiale è trasparente alla luce visibile, il che significa che tali pannelli solari trasparenti possono essere facilmente inseriti al posto del vetro della finestra, mentre la finestra sembrerà completamente familiare, come il normale vetro al suo interno, ma l'elettricità verrà generata lungo il percorso. Lo sviluppo è stato chiamato "concentratore solare luminescente trasparente".

I concentratori solari luminescenti colorati sono già ampiamente noti, in cui parte dello spettro dell'incidente di radiazione sul concentratore viene assorbito nello strato superiore colorato, quindi riradiato con una lunghezza d'onda più lunga. Quindi, attraverso un secondo strato trasparente, la radiazione viene diretta sulla faccia laterale del concentratore, dove si trova una linea di fotodiodi, che converte la radiazione in tensione elettrica.

Quando la luce solare diretta colpisce lo strato superiore del mozzo, ha una certa direzione. Ma quando si verificano nuovamente le radiazioni, dopo che la luce solare è stata assorbita, i raggi di luce hanno già direzioni diverse. Si scopre che approssimativamente la stessa quantità di luce viene emessa in direzioni diverse.

Se l'angolo di incidenza dei raggi riradiati all'interfaccia vetro-aria è maggiore di un certo valore, quindi il riflesso si verifica all'interno del vetro, quindi i raggi cadono sul bordo opposto, lì vengono nuovamente riflessi allo stesso angolo e quindi dopo alcune riflessioni alla fine, il raggio colpisce la faccia laterale hub. Sulla faccia laterale c'è un righello fotodiodi, che converte l'energia dei raggi in elettricità.

A causa del fatto che la ri-emissione di luce avviene uniformemente in tutte le direzioni, la maggior parte, quasi l'80%, cade sui bordi del vetro con un angolo esattamente più che critico, e quindi viene trasferito alla linea di fotodiodi sulle facce laterali del vetro.

Pertanto, i concentratori solari hanno i seguenti vantaggi:

• in primo luogo, a differenza dei pannelli solari convenzionali, in cui i convertitori fotoelettrici coprono l'intera superficie, qui i convertitori si trovano sulle facce, questo riduce il costo;

• in secondo luogo, grazie alla sua trasparenza, un tale mozzo può essere inserito come un normale vetro per finestre.

Ma ci sono anche degli svantaggi, il primo dei quali è a bassa efficienza, perché qui è molto più basso di quello di pannelli solari convenzionalie il secondo è che la luce che cade nella stanza non è pulita, ma leggermente rossastra. In altre parole, un normale concentratore solare trasparente è ancora "a colori" e non trasparente.

Il secondo difetto è stato eliminato dai ricercatori dell'Università del Michigan. Gli scienziati hanno creato lo strato superiore di molecole organiche con una proprietà speciale. Assorbono non solo l'ultravioletto, ma anche una parte dello spettro infrarosso, per poi emetterlo nuovamente nella luce infrarossa, ma con una lunghezza d'onda diversa.

Di conseguenza, gli scienziati hanno ottenuto un concentratore di lavoro completamente nuovo, che non assorbe e non si irradia nell'intervallo visibile dello spettro, cioè viene percepito dall'occhio umano come un normale vetro trasparente.

I parametri ottenuti consentono di introdurre ampiamente questa tecnologia per varie applicazioni. Questa finestra di pannelli di edifici, compresi i grattacieli, le cui facciate possono essere completamente attrezzate con tali pannelli trasparenti. Questi sono gli schermi di vari dispositivi mobili, come e-book, tablet, smartphone.Il compito principale degli sviluppatori è rendere invisibili i concentratori solari, come i normali occhiali.

Richard Lunt osserva che, nonostante il primo passo, c'è ancora molto lavoro da migliorare, in primo luogo: migliorare l'efficienza del nuovo hub. Ora l'efficienza della conversione dell'energia solare in un campione dell'1% è stata raggiunta, ma gli sviluppatori affermano che al momento il loro obiettivo è aumentarlo al 5%. L'efficienza dei migliori convertitori solari luminescenti colorati raggiunge il 7%.

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Chiaramente, il futuro appartiene ai concentratori trasparenti. Con un aumento dell'efficienza fino al 5%, sostituiranno fortemente, già noti, i pannelli solari e nel segmento domestico possono essere affollati.