Napelemes okosablakot fejlesztettek ki ameriakai tudósok
Tudósok kidolgozták az energiahozammal rendelkező, napelemmel működő okosablak eszköz prototípusát.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (U.S. Department of Energy) Argonne Nemzeti Laboratóriumában a tudósok kidolgozták az energiahozammal rendelkező, napelemmel működő okosablak eszköz prototípusát.
Az ablakot egy félig áttetsző perovszkit napelem cella és egy többrétegű nanofotonos bevonat integrálásával hozták létre, írta az mnnsz.hu. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumához tartozó Argonne Nemzeti Laboratórium tudósai bemutatták a napelemmel működő okos tetőablak prototípusát, amely egy optimalizáló algoritmuson alapul, ez képes kiegyensúlyozni az épület hőmérsékleti igényét és megvilágítási szükségletét. Az eszközt, amelyet a Maximizing Solar Energy Utilization through Multicriteria Pareto Optimization of Energy Harvesting and Regulating Smart Windowscímű, a Cell Reports Physical Science folyóiratban tettek közzé, olyan energiát termelő okosablakként írták le, amelyet félig áttetsző, ólmot és halogenideket tartalmazó perovszkit napelem cellákból és többrétegű fotonikus szerkezetekből építettek, és rétegről-rétegre haladva forgatással felvihető bevonattal látnak el. „Azért választottuk az ólmot és halogenideket tartalmazó perovszkitot, mert képes a napfény széles spektrumának felhasználására, és mert ennél egyszerűen megőrizhető a látható fény áttetszősége” – fogalmaztak a tudósok.
A fejlesztők szerint a tervezésre vonatkozó keret rugalmas, a testre szabást az optimalizáló algoritmuson keresztül érik el, amely közlésük szerint képes maximalizálni az épület energiahatékonyságát, miközben figyelembe veszi a megvilágításra és a hőmérsékletre vonatkozó igényeket. „A kívánt megvilágítás elérése érdekében szabályozni tudjuk a helyiségbe jutó napfény mennyiségét, ugyanakkor kezeljük az épület által fűtésre és hűtésre felhasznált energia mennyiségét” – mondta a társszerző Wei Chen.
.png)
Adaptálható
Az eszközről azt írták, hogy adaptálható a változó szezonális és geometriai energiaigényhez. „Nyáron a napfényből az infravörös tartomány közelébe tartozó sugárzás áteresztésének csökkentése hatékonyan szabályozhatja ennek a belső tér fűtéséhez történő hozzájárulását, és ezzel csökkentheti a beltéri hűtéshez szükséges energiafogyasztást” – írták a tudósok. Télen az okosablak lehetővé teszi az infravörös tartomány közelébe tartozó sugárzás áteresztésének növelését, ezzel elősegíti, hogy a napenergia fűtse a belső teret, és csökken a beltér hűtéshez felhasznált energia mennyisége. „Mindkét forgatókönyv esetében az okosablak elektromos energiaként hasznosítja a napenergiát, hogy maximalizálja az épület általános energiahatékonyságát” – állítja a csoport.
A perovszkit cella vizsgálatát az AM szabvány szerinti 1,5 G megvilágítás és 23 Celsius fokos környezeti hőmérséklet mellett végezték, ehhez egy 140 nm-es fluorral szennyezett ón-oxid elektródát, egy 20 nm-es titán-dioxidból készült, elektronokat blokkoló réteget, egy 40 nm-es perovszkit réteget, egy 30 nm-es ún. spiro-OMeTAD hole-blocking layer használtak – ez utóbbi olyan anyag, amelyet rendszerint szilárd halmazállapotú festék napelem cellák és perovszkit eszközök lyukszállító anyagaként használnak – és egy 10 nm vastagságú, hátul ezüst bevonatú elektródát. A cellára felvitt szabálytalan-többrétegű nanofotonikus bevonatot úgy tervezték, hogy megszabja a napfény hullámhossztól függő áteresztését és visszaverődését. „A nap különböző állását számításba véve úgy terveztük meg a szabálytalan-többrétegű nanofotonikus bevonat napfény hullámhossztól függő áteresztését, hogy alkalmazkodjon a beltéri hűtésre és fűtésre vonatkozó szezonális igényeknek” – közölték a tudósok.
Szimuláció
Phoenix városában, Arizona államban végeztek szimulációt egy 185 négyzetméteres tetővel rendelkező lakóépületen; a kutatók azt állapították meg, hogy az eszköz évi 20,81 MWh éves energiamegtakarítás elérésére képes az alacsony kibocsátású ablakokkal összehasonlítva; 13,56 MWh megtakarítására a kromogén okosablakokhoz képest; és 1,24 MWh megtakarítására a hagyományos, félig áttetsző napelem cellán alapuló ablakhoz képest.
„A jövőre vonatkozóan fontolóra vesszük ennek a technológiának a rugalmas formában történő kifejlesztését, így az okosablakok anyagai utólag felszerelhetők lennének a más meglévő ablakokra” – tette hozzá a csoport.
