Можно ли превратить обычное окно в полноценный источник электроэнергии — не жертвуя прозрачностью, комфортом и естественными цветами? Южнокорейские исследователи уверены, что да. Учёные разработали прозрачную солнечную «умную» оконную технологию, способную вырабатывать электричество круглые сутки: днём — за счёт солнечного света, ночью — используя освещение внутри помещений.
Гибридное солнечное окно создала команда под руководством профессора Чон Ён Сока (Jun Yong-seok), доктора наук и специалиста по интегративной энергетике из Университета Корё. В проекте также участвовали Корейский аэрокосмический университет и Корейский институт науки и технологий (KIST). По словам разработчиков, новая технология может заметно расширить роль окон в энергоэффективных зданиях и устранить давние проблемы прозрачной фотоэлектрики.
Почему прозрачные солнечные окна — это сложно
Прозрачные солнечные элементы давно привлекают внимание архитекторов и инженеров. Однако у большинства таких решений есть неприятный компромисс: чем выше прозрачность, тем ниже эффективность. Кроме того, многие тонкоплёночные солнечные элементы искажают цвет проходящего света, из-за чего окно приобретает нежелательный оттенок или «грязную» цветопередачу.
Как отмечают авторы работы, именно это долгое время мешало широкому внедрению прозрачных солнечных панелей в зданиях — особенно в составе BIPV-систем (building-integrated photovoltaics), где эстетика не менее важна, чем энергетическая отдача.
Принцип действия
Ключевая идея корейской разработки — умное разделение света. В основе солнечного окна лежит гибридная структура, объединяющая распределённый брэгговский отражатель (Distributed Bragg Reflector, DBR) и двусторонние кремниевые солнечные элементы.
DBR работает как оптический «фильтр с интеллектом»: он selectively перенаправляет невидимый для человеческого глаза ближний инфракрасный свет к солнечным элементам, в то время как большая часть видимого спектра свободно проходит сквозь стекло. В итоге окно остаётся светлым, прозрачным и визуально нейтральным, а энергия извлекается из тех длин волн, которые обычно просто теряются.
Такой подход позволяет решить одну из главных задач прозрачной фотоэлектрики — совместить высокую прозрачность с реальной эффективностью выработки энергии.
Электроэнергия 24/7
Ещё одна особенность технологии — непрерывная генерация энергии. Днём окно использует солнечный свет, а ночью и в пасмурную погоду переходит на питание от искусственного освещения: светодиодных и люминесцентных ламп внутри здания.
Для этого исследователи задействовали свойства двусторонних солнечных элементов, способных эффективно работать с отражённым и рассеянным светом. В результате система демонстрирует стабильную выработку электроэнергии независимо от времени суток и погодных условий — редкость для прозрачных солнечных окон.
Лабораторные испытания показали, что модуль сохраняет светопропускание на уровне 75,6 % — показатель, сопоставимый с обычным оконным стеклом. При этом индекс цветопередачи (CRI), отражающий, насколько точно передаются цвета, достиг 93,8 %. Для сравнения: такие значения характерны для качественного архитектурного остекления и существенно превосходят показатели большинства прозрачных солнечных панелей предыдущих поколений.
Иными словами, через такое окно мир выглядит естественно — без искажённых оттенков и «солнечного фильтра».
По мнению авторов, предложенная технология может стать новой альтернативой для BIPV-окон, которые одновременно обеспечивают высокую прозрачность, точную цветопередачу и стабильную генерацию энергии. В перспективе такие решения найдут применение в зданиях с нулевым энергопотреблением, умных офисах, жилых домах и даже в остеклении электротранспорта.
«Мы показали, что можем использовать невидимое инфракрасное излучение и внутреннее освещение как источник энергии, не жертвуя прозрачностью окна», — подчеркнул Чон Ён Сок.
Исследование было поддержано Министерством торговли, промышленности и энергетики Южной Кореи, а также институтом KETEP. Результаты работы опубликованы в научном журнале Joule.
