Исследователи из Нанкинского университета (провинция Цзянсу, Китай) разработали прозрачный и бесцветный солнечный концентратор, который можно наносить прямо на обычное оконное стекло. Устройство позволяет собирать солнечную энергию, не меняя внешний вид окна.
Технология основана на многослойных структурах холестерических жидких кристаллов (CLC) с субмикронными периодичностями. Такие слои избирательно направляют солнечный свет к краям стекла, где установлены фотоэлектрические элементы. За счет дифракции поляризованного света концентратор эффективно вводит его в стеклянный волновод, обеспечивая высокую эффективность сбора энергии без искажений изображения.
Чем полезна разработка
В отличие от традиционных люминесцентных или рассеивающих концентраторов, новая система (CUSC) сохраняет прозрачность и естественный вид стекла. При этом коэффициент пропускания видимого света достигает 64,2%, а индекс цветопередачи — 91,3%. До 38,1% энергии зеленого спектра может быть собрано на краю стекла, что делает технологию особенно эффективной.
Моделирование показало, что окно шириной два метра способно концентрировать солнечный свет в 50 раз сильнее обычного и сокращать площадь необходимых фотоэлементов до 75%. Это снижает стоимость материалов и расширяет возможности проектирования энергоэффективных зданий.
Эксперименты подтвердили работоспособность технологии: прототип диаметром всего один дюйм смог питать небольшой вентилятор мощностью 10 мВт. Разработка совместима с высокоэффективными солнечными элементами, такими как арсенид галлия (GaAs), что позволяет повысить общий коэффициент преобразования энергии.
Перспективы и применение
Созданные слои CLC можно производить методами фотоориентации и полимеризации, а также масштабировать с помощью рулонной печати, что открывает путь к массовому внедрению. Кроме того, покрытие устойчиво к внешним воздействиям и может устанавливаться на уже существующие окна.
Ученые подчеркивают, что технология найдет применение не только в архитектуре, но и в тепличных хозяйствах, а также в создании прозрачных солнечных дисплеев. Главная цель проекта — превратить пассивное стекло в активную поверхность, способную генерировать чистую энергию и снижать углеродный след городов.
Результаты исследования опубликованы в журнале PhotoniX.
