پنل‌های خورشیدی شفاف : به کمک پنل‌های خورشیدی شفاف، از قدرت خورشید بهره ببرید!

آنچه خواهید خواند

مقدمه

هدف از فن‌آوری‌های نوین پنل‌های خورشیدی شفاف تحول چشم‌انداز جهانی انرژی خورشیدی می باشد. برخی از این فناوری‌های نوید بخش در حال حاضر در مراحل پیشرفته ای از توسعه قرار دارند و به زودی وارد بازار می شوند. با این نوآوری‌های نوین، سیستم خورشیدی دیگر نیازی به قطعات وسیع زمین‌ یا فضاهای بد منظره روی سقف ندارد. ( برای مثال، شیروانی های خورشیدی از نظر زیبایی شناختی جذاب و بسیار کارآمد، در حال ایجاد سقف های خورشیدی جذاب هستند.). پیشنهاد می شود مقاله راهنمای خرید پنل خورشیدی را مطالعه کنید.

پنل های خورشیدی شفاف چه می باشند؟

شیشه فتوولتائیک احتمالاً پیشرفته‌ترین فن‌آوری جدید پنل خورشیدی می باشد که نوید بخش تحول در توسعه دامنه انرژی خورشیدی است. این ها پنل‌های خورشیدی شفافی هستند که می‌توانند به معنای واقعی کلمه – در دفاتر، خانه‌ها، سانروف خودرو یا حتی گوشی‌های هوشمند از طریق پنجره‌ها برق تولید کنند. پرده ها بخش دیگری از پنجره ساختمان محسوب می شوند که قادر به توانند برق هستند (در بخش بعدی به آن می پردازیم).

محققان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) در اصل اولین متمرکز کننده خورشیدی کاملاً شفاف را در سال 2014 ساختند. این پنل خورشیدی شفاف قادر است تقریباً هر صفحه یا پنجره شیشه ای را به یک سلول PV تبدیل کند. تا سال 2020، محققان در ایالات متحده و اروپا به شفافیت کامل برای شیشه های خورشیدی دست یافتند.

این پنل‌های خورشیدی شفاف را می‌توان به راحتی در محیط های مختلف، از آسمان‌خراش‌هایی با پنجره‌های بزرگ گرفته تا دستگاه‌های همراه مانند تلفن، لپ‌تاپ، یا تبلت الکترونیکی هوشمند، تعبیه کرد. از آنجایی که این پنجره‌های برق خورشیدی می‌توانند به سادگی جایگزین پنجره‌های شیشه‌ای معمول در ادارات و منازل شوند، این فناوری عملاً پتانسیل تبدیل هر ساختمان در ایالات متحده و جهان را به یک تولیدکننده برق خورشیدی دارد.

پنجره های پنل خورشیدی چگونه کار می کنند؟

یک پنل خورشیدی شفاف اصولاً یک ایده سنت شکنانه است زیرا سلول های خورشیدی باید نور خورشید (فوتون ها) را جذب و آن را به انرژی (الکترون ها) تبدیل کنند. هنگامی که شیشه خورشیدی شفاف باشد، نور خورشید از محیط عبور کرده و هدف استفاده از نور خورشید با شکست مواجه می شود. بهرحال، این فناوری نوین پنل های خورشیدی در حال تغییر نحوه جذب نور توسط سلول های خورشیدی است.

این سلول به صورت انتخابی بخشی از طیف خورشید را که با چشم غیرمسلح قابل روئت نیست مهار کرده، و در عین حال به نور مرئی معمول اجازه عبور می دهد. برای دستیابی به این فناوری شگفت انگیز، محققان به جای تلاش برای انجام کارهای غیرممکن با ایجاد یک سلول شیشه ای فتوولتائیک شفاف، متمرکز کننده تابش خورشیدی شفاف (TLSC) را توسعه داده اند.

پنجره های پنل خورشیدی چگونه کار می کنند؟ — نمک های آلی UV و مادون قرمز را جذب و در ادامه مادون قرمز را ساطع می کنند – این فرآیندها خارج از طیف مرئی رخ می دهند، و باعث می شوند این نمک ها شفاف به نظر برسند. | نمودار: ExtremeTech

TLSC شامل نمک های آلی است که برای جذب طول موج های خاص UV نامرئی و نور مادون قرمز طراحی شده اند و سپس به صورت یک طول موج نامرئی دیگر می درخشند (لومینسانس). در ادامه این طول موج جدید به لبه پلاستیکی پنجره هدایت می شود و در آنجا نوارهای نازک سلول خورشیدی PV آن را به برق تبدیل می کند.

محققان تخمین می زنند به محض شروع تولید انبوه صفحات خورشیدی شفاف، TLSC باید قادر به ارائه بازدهی حدود 10 درصد باشد. این ممکن است عدد حیرت آوری نباشد، اما در مقیاس ملی یا جهانی، و زمانی که تقریباً کل پنجره های یک خانه یا ساختمان اداری حاوی صفحات خورشیدی شفاف باشند، نتایج می‌توانند تحول آفرین باشند.

از آنجایی که هزینه پنل‌های خورشیدی شفاف با تولید و استقرار انبوه آن‌ها کاهش می‌یابد، این فناوری کارامد را می‌توان از کاربردهای تجاری و صنعتی تا دستگاه‌های مصرفی دستی مقیاس‌بندی کرد، که بسیار مقرون‌به‌صرفه خواهند بود.

انواع پنل های خورشیدی شفاف

درست همانطور که هم اکنون پنل های خورشیدی سقفی با استفاده از فناوری های مختلفی (سقف های های خورشیدی تسلا و سایر فناوری ها) تولید می شوند، پنجره های خورشیدی نیز با استفاده از تکنیک های مختلف در حال توسعه هستند. دو نوع اصلی انواع پنل های خورشیدی شفاف شامل پنل های نیمه و کاملا” شفاف می باشد.

پنل های خورشیدی نیمه شفاف

یک تولید کننده آلمانی، یعنی Heliatek Gmb این پنل خورشیدی نیمه شفاف را تولید کرده که قادر است در حدود 60 درصد از نور خورشید دریافتی را جذب کند. در مقایسه با سلول های خورشیدی PV معمولی، پنل های خورشیدی نیمه شفاف دارای راندمان کمتر و در حدود 2/7% هستند. با این حال، تولید انرژی خورشیدی را می توان با تنظیم تعادل بین نور خورشید که منتقل و جذب می شود افزایش داد.

برای مثال، در ساختمان‌های شیشه‌ای رو به جنوب، کاهش نور عبوری غالبا” حائز اهمیت می باشد (بسیاری از ساختمان‌های اداری از شیشه های رنگی استفاده می‌کنند). در این مکان ها، پنل خورشیدی نیمه شفاف می تواند بسیار مناسب باشد.

پنل های خورشیدی کاملا شفاف

همانطور که در ابتدای این گزارش شرح داده شد، محققان MSU در حال حاضر موفق شده اند پنل های شیشه ای فتوولتائیک کاملا شفاف شبیه شیشه معمولی را تولید کنند. محققان تخمین می‌زنند که بازده این پنل‌های خورشیدی کاملاً شفاف پس از شروع تولید تجاری آن‌ها به 10 درصد می‌رسد.

درک این نکته حیاتی است که هنگام بحث در مورد پنجره های پنل خورشیدی، کارایی پنل مهم ترین مسئله نیست. از نظر عملی، یک پنجره خورشیدی با کارایی کمتر تنها به این معناست که سایز پنجره در مقایسه با پنل کارآمدتر باید بزرگتر باشد تا بتواند همان مقدار برق را تولید کند.

هنگامی که صفحات خورشیدی کاملاً شفاف در پنجره‌های بزرگ ساختمان‌ها ادغام ‌شوند، مسلماً کارایی پایین‌ترشان با مقیاس استقرار بالقوه آنها جبران خواهد شد.

پرده های پنل خورشیدی: یک فناوری پنجره خورشیدی با قابلیت اجرای آسان

پرده های خورشیدی، مکمل شیشه/پنل های خورشیدی شفاف هنگام استفاده از پنجره برای تولید برق هستند. با این که کار اصلی پرده ها جلوگیری از ورود اشعه مستقیم خورشید به داخل است اما این پنل های خورشیدی برای استفاده از نور خورشید به منظور تولید برق طراحی شده اند.

پرده های پنل خورشیدی به صورت هوشمندانه ای این دو عملکرد متفاوت را با هم ترکیب می کنند. یک استارتاپ خلاق به نام SolarGaps پرده های پنل خورشیدی را معرفی کرده و ادعا می کند این فناوری می تواند هزینه های برق را تا 70 درصد کاهش دهد. به ازای هر 10 فوت مربع فضای پنجره، این پرده های خورشیدی قادرند 100 وات برق تولید کنند (شما می توانید تقریباً سه لپ تاپ را با این مقدار برق تغذیه کنید).

این پرده های خورشیدی را می توان در داخل یا خارج نصب کرد و زاویه و موقعیت قرار گیری آنها با کمک اپلیکیشنی که ارقام تولید برق را نیز به شما اطلاع می دهد، قابل کنترل است. این اپلیکیشن دارای تنظیماتی برای بهینه سازی خودکار زاویه پرده ها با توجه به موقعیت خورشید می باشد.

پیشگامان در تحقیق و ساخت پنل های خورشیدی شفاف

محققان دانشگاه ایالتی میشیگان و MIT و همچنین تولیدکنندگانی مانند Ubiquitous Energy، Physee و Brite Solar پیشگامان ترویج این فناوری جدید پنل خورشیدی هستند.

Ubiquitous Energy

Ubiquitous Energy، با مشارکت گروه تولید کننده شیشه پیشرو NSG، در حال توسعه فناوری منحصر به فرد ClearView Power در Ubiquitous برای پنل های خورشیدی شفاف در ساختار پنجره های شیشه ای است. پوشش خورشیدی شفاف ClearView Power را می توان به طور مستقیم روی پنجره های ساختمان در زمان فرآیند معمول ساخت شیشه اعمال کرد.

این فناوری همچنین بازده انرژی ساختمان ها را از طریق مسدود نمودن گرمای مادون قرمز خورشید افزایش می دهد. هنگام ترکیب با تولید برق خورشیدی از طریق پنل های خورشیدی شفاف، می تواند منجر به ساختمان هایی با انرژی خالص صفر شود. این شرکت قبلاً اعلام کرده که سلول های خورشیدی شفاف ClearView Power به راندمان تبدیل برق 8/9٪ رسیده اند.

Physee

Physee یک تولید کننده اروپایی است که محصول پیشرفته ای موسوم به PowerWindow را معرفی کرده است. در واقع، PowerWindow تنها پنل خورشیدی شفاف کنونی نصب شده در جهان می باشد (با مساحت 300 فوت مربع در ساختمان یک بانک هلندی).

Physee PowerWindow از پنل های خورشیدی کوچکی استفاده می کند که در امتداد لبه های شیشه پنجره برای تولید برق نصب شده اند. با اینکه که این پنجره‌های خورشیدی هنوز قادر نیستند بعنوان منبع انرژی مستقلی برای ساختمان‌ها عمل کنند، اما این شرکت از پیشرفت‌های سریع در مقیاس و کارایی پنل‌های شفاف خود مطمئن است.

PowerWindows بصورت بلوک‌های ساختمانی « SmartSkin »، شیشه‌های فتوولتائیک شفافی که این شرکت به عنوان «نمای شیشه‌ای آینده نگر برای ساختمان‌های پایدار نسل بعدی» تبلیغ می‌کند، عمل می‌کند. SmartSkin می تواند به طور مستقل برای احساس، به کار انداختن و تنظیم شرایط داخل ساختمان با استفاده از سیستم های هوشمند کار کند.

آینده فناوری خورشیدی شفاف

پتانسیل تولید انرژی تجدیدپذیر و پاک توسط پنل های خورشیدی شفاف از نور خورشید، با توجه به تعداد فراوان آسمان خراش ها و ساختمان هایی که در حال حاضر وجود داشته یا در حال ساخته شدن هستند با سطح شیشه ای فراوان، بسیار زیاد است.

به گفته ریچارد لانت، دانشیار مهندسی شیمی و علوم مواد جوهانسن کراسبی در MSU، سلول های خورشیدی بسیار شفاف بیانگر” موج آتی ” فناوری های جدید پنل خورشیدی هستند.

لانت معتقد است که این پنل‌های شفاف خورشیدی، پتانسیل تولید برق خورشیدی مشابه با پشت‌بام ها، همراه با کاربردهای دیگر برای بهبود کارایی ساختمان‌ها، خودروها و دستگاه‌های تلفن همراه را دارند. لانت و تیم او تخمین می زنند که هم اکنون در ایالات متحده به تنهایی حدود 5 تا 7 میلیارد متر مربع سطح شیشه ای وجود دارد. (فقط در 10 سال گذشته، 682 میلیون فوت مربع فضای اداری در ایالات متحده اضافه شده است).

فناوری پنل های خورشیدی شفاف با وجود این حجم از سطوح شیشه ای، قابلیت برآورده نمودن حدود 40 درصد از تقاضای برق سالانه کشور را دارد. این پتانسیل تقریباً مشابه پتانسیل تولید برق از انرژی خورشیدی در پشت بام ها است. وقتی هر دوی این فناوری‌ها به صورت رایگان به کار گرفته شوند، در صورت ارتقاء ذخیره انرژی، قادر به برآورده نمودن نزدیک به 100 درصد نیاز برق ایالات متحده می باشند.

نتیجه گیری

پنل‌های خورشیدی شفاف از طریق کاربردهای متعددی که امروزه برای آن‌ها وجود دارد، یک جایگزین جذاب برای پنل‌های خورشیدی معمولی به شمار می‌روند. این پنل‌ها می‌توانند در ساختمان‌ها، وسایل نقلیه، دستگاه‌های الکترونیکی و دیگر کاربردها مورد استفاده قرار گیرند و با توجه به مزایا و معایبی که دارند، می‌توانند یک گزینه خوب برای استفاده از انرژی خورشیدی باشند. هرچند که هنوز پنل‌های خورشیدی شفاف در برابر رانش دمایی، مقاومت نوری و مشکلات دیگری چالش برانگیز هستند، اما انتظار می‌رود با پیشرفت تکنولوژی، این چالش‌ها به حداقل برسند و باعث افزایش استفاده از پنل‌های خورشیدی شفاف در صنایع مختلف شوند.