توسط : مهندسان چینی متمرکزکننده خورشیدی شفاف ساخته‌اند که می‌تواند مستقیماً روی شیشه‌های معمولی ساختمان نصب شود و بدون تغییر ظاهر نما، انرژی خورشیدی را به پنجره‌های فتوولتائیک منتقل کند. این نوآوری می‌تواند راه را برای ساختمان‌های سبز، گلخانه‌های خورشیدی و نمایشگرهای شفاف هموار کند.
این متمرکزکننده از فیلم‌های کریستال مایع ساخته شده که می‌توانند نور خورشید را قطبیده کرده و سپس نور با قطبش دایره‌ای را بازتاب داده و به‌سمت سلول‌های خورشیدی نصب‌شده در لبه‌های پنجره هدایت کنند. نمونه اولیه این فناوری با قطر ۱ اینچ توانسته با تابش نور خورشید، یک فن کوچک ۱۰ میلی‌واتی را به‌طور مستقیم به کار بیندازد.
پیش‌تر از متمرکزکننده‌های خورشیدی برای تمرکز انرژی خورشید روی شیشه‌های ساختمانی و کاربرد در سامانه‌های فتوولتائیک ساختمانی (BIPV) استفاده می‌شد. بااین‌حال، این فناوری تاکنون با چالش‌هایی مانند بازدهی پایین، ایجاد رنگ ناخواسته روی شیشه و ناسازگاری با پنجره‌های استاندارد مواجه بوده است.
اکنون تیم پژوهشی موفق به توسعه یک متمرکزکننده خورشیدی از نوع پراش‌دهنده (CUSC) شده است. این سامانه با استفاده از لایه‌های چندگانه کریستال مایع کلستریک (CLC) با تناوب‌های جانبی در مقیاس میکرو، نور خورشید را به سمت پنجره هدایت می‌کند؛ جایی که سلول‌های خورشیدی نصب شده‌اند.
پنجره خورشیدی چیست؟ | نحوه عملکرد، انواع، کاربردها و مزایای پنجره فوولتاییک
متمرکزکننده خورشیدی شفاف برای پنجره فتوولتائیک
در آزمایش‌ها، دستگاه CUSC توانست به‌طور میانگین شفافیت نوری ۶۴.۲ درصد در محدوده مرئی و شاخص بازتولید رنگ ۹۱.۳ را حفظ کند. به بیان دیگر، این فناوری قادر است انرژی تولید کند بدون آنکه ظاهر و شفافیت طبیعی پنجره‌ها دستخوش تغییر شود.
«دِوی ژانگ»، از نویسندگان اصلی مقاله، توضیح داد: «با مهندسی ساختار فیلم‌های کریستال مایع کلستریک، سیستمی ایجاد کردیم که نور خورشید با قطبش دایره‌ای را به‌طور انتخابی پراش داده و در زوایای تند وارد موج‌بر شیشه‌ای می‌کند. این روش امکان جمع‌آوری تا ۳۸.۱ درصد از انرژی نور سبز تابیده‌شده به پنجره را فراهم می‌کند.»
مدل‌سازی‌های بیشتر نشان داد که یک پنجره CUSC با عرض دو متر می‌تواند شدت نور خورشید را تا ۵۰ برابر متمرکز کند؛ این ویژگی باعث می‌شود تعداد سلول‌های خورشیدی مورد نیاز تا ۷۵ درصد کاهش یابد. طراحی این سیستم همچنین پایداری خود را در برابر تابش‌های طولانی‌مدت حفظ کرده و قابلیت نصب روی پنجره‌های موجود را دارد.
«وی هو» در توضیح این فناوری گفت: «طراحی CUSC گامی رو به جلو در مسیر ادغام فناوری خورشیدی با محیط ساخته‌شده است، بی‌آنکه به زیبایی و ظاهر ساختمان‌ها آسیبی وارد شود. این فناوری رویکردی عملی و مقیاس‌پذیر برای کاهش کربن و دستیابی به خودکفایی انرژی محسوب می‌شود.»
به گفته محققان، طراحی CUSC می‌تواند به‌طور گسترده در ساختمان‌های سبز، سامانه‌های اگری‌ولتائیک و دیگر حوزه‌های نوظهور به‌کار گرفته شود: «پیش‌بینی می‌کنند این فناوری بتواند نقشی کلیدی در تأمین انرژی سبز در مقیاس تِراوات داشته و سالانه از انتشار میلیاردها تُن کربن جلوگیری کند.»
تیم پژوهشی اعلام کرده است که در تحقیقات آینده بر افزایش راندمان، کنترل پلاریزاسیون و ارتقای سازگاری این فناوری با گلخانه‌ها و نمایشگرهای خورشیدی شفاف متمرکز خواهد بود.
مقاله پژوهشی که در مجله PhotoniX منتشر شده است.
