ارسال دیدگاه
امروز: پنج شنبه , ۲۴ مهر , ۱۴۰۴
X
پنجره‌های خورشیدی می‌توانند بهره‌وری انرژی را در ساختمان‌های اداری و آسمان‌خراش‌ها افزایش دهند، اما دستیابی به جمع‌آوری انرژی خورشیدی در عین شفافیت، یک چالش پیچیده مهندسی محسوب می‌شود. پژوهشی تازه از محققان دانشگاه نانجینگ نشان می‌دهد که آن‌ها موفق به دستیابی به بازده نوری برابر با ۱۸.۱ درصد در پنجره‌های خورشیدی جدید خود شده‌اند.
این فناوری بر پایه یک پوشش با کریستال مایع کلستریک (cholesteric) طراحی شده و قابلیت دارد که روی شیشه‌های معمولی نیز اعمال شود، هرچند همچنان نیازمند قرارگیری سلول‌های فتوولتائیک (photovoltaics) در امتداد لبه‌های پنجره است. بهترین راه برای مقابله با تغییرات اقلیمی، کنار گذاشتن وابستگی بشر به سوخت‌های فسیلی است و این امر تنها با تولید برق از منابع تجدیدپذیر در تمامی اشکال ممکن تحقق می‌یابد. فتوولتائیک‌های به کار رفته در پنل‌های خورشیدی طی سال‌های اخیر یکی از اصلی‌ترین شیوه‌ها برای تحقق این آرمان انرژی سبز بوده‌اند و برآوردها نشان می‌دهد که تا پایان دهه، حدود ۱۵ درصد خانه‌های ایالات متحده به پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام مجهز خواهند شد.
با این حال، ساختمان‌هایی وجود دارند که استفاده از پنل‌های خورشیدی سقفی در آن‌ها توجیهی ندارد یا در بهترین حالت سهم اندکی دارد؛ بدیهی‌ترین نمونه‌ها، ساختمان‌های اداری بزرگ و آسمان‌خراش‌ها هستند. البته آنچه این سازه‌ها در مساحت سقف کم دارند، به‌وفور در تعداد پنجره‌ها جبران می‌کنند. سال‌هاست دانشمندان روش‌های گوناگونی را برای بهره‌گیری از ظرفیت بالقوه پنجره‌ها در جمع‌آوری انرژی خورشیدی طراحی کرده‌اند. اکنون پژوهشگران دانشگاه نانجینگ گزارش داده‌اند که موفق به دستیابی به بازده نوری ۱۸ درصدی در پنجره‌های خورشیدی شفاف شده‌اند. نتایج این تحقیق در مجله PhotoniX منتشر شده است.
پنجره خورشیدی شاید در نگاه نخست مفهومی عجیب به نظر برسد، زیرا پنل‌های خورشیدی متداول کاملاً غیرشفاف هستند، اما عملکرد پنجره‌های خورشیدی متفاوت است. به جای مسدود کردن سطح شیشه، معمولاً از پوششی روی آن استفاده می‌شود که نور را به سمت لبه‌ها پراش می‌دهد و این لبه‌ها دارای سلول‌های خورشیدی تعبیه‌شده هستند. در پژوهش اخیر، دانشمندان از کریستال مایع کلستریک (CLC) برای هدایت مؤثر نور به سمت لبه‌های شیشه استفاده کردند، در حالی که شفافیت پنجره همچنان حفظ شده است. این پنجره ۶۴.۲ درصد از نور مرئی را عبور می‌دهد و دقت رنگ آن حدود ۹۱.۳ درصد است.
دِوی ژانگ، یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق از دانشگاه نانجینگ، گفت: «با مهندسی ساختار فیلم‌های کریستال مایع کلستریک، سامانه‌ای ایجاد کردیم که به‌طور انتخابی نور قطبیده دایره‌ای را پراش می‌دهد و آن را با زاویه‌های تند وارد موج‌بر شیشه می‌کند. این امر امکان جمع‌آوری حداکثر ۳۸.۱ درصد از انرژی نور سبز تابشی را در لبه فراهم می‌سازد.»
البته انرژی حاصل از نور سبز شرایط واقعی نور خورشید را بازتاب نمی‌دهد، زیرا خورشید شامل طیف کامل نور است. با این وجود، بازده همچنان در سطح قابل‌توجهی یعنی حدود ۱۸.۱ درصد باقی ماند. تیم تحقیقاتی از یک نمونه اولیه با قطر ۱ اینچ استفاده کرد تا یک فن با توان ۱۰ میلی‌وات را به حرکت درآورد، اما هنگامی که مقیاس آن به یک پنجره با عرض ۲ متر افزایش یافت، میزان نور خورشید جمع‌آوری‌شده ۵۰ برابر شد و به این ترتیب نیاز به تعداد زیاد سلول‌های فتوولتائیک در هر پنجره کاهش یافت. با این حال، بازده تبدیل توان (PCE) پنجره همچنان پایین و برابر با تنها ۳.۷ درصد باقی مانده است.
وی هو، دیگر نویسنده این تحقیق از دانشگاه نانجینگ، گفت: «طراحی CUSC گامی رو به جلو در جهت ادغام فناوری خورشیدی در محیط‌های شهری است، بی‌آنکه زیبایی‌شناسی ساختمان‌ها فدا شود. این طرح راهکاری عملی و قابل‌گسترش برای کاهش کربن و دستیابی به خودکفایی انرژی به شمار می‌آید.»
البته این پنجره‌ها تنها گزینه موجود نیستند. بیش از یک دهه است که دانشگاه میشیگان بر توسعه پنجره‌های خورشیدی شفاف مشابه تمرکز کرده و برآورد کرده که این فناوری‌ها می‌توانند به‌تنهایی تا ۴۰ درصد از نیاز انرژی ایالات متحده را تأمین کنند. علاوه بر این، شرکت‌های گوناگونی سرمایه‌گذاری‌های گسترده‌ای برای هوشمندسازی پنجره‌ها انجام داده‌اند تا ویژگی‌های بازتابی آن‌ها را به‌گونه‌ای تغییر دهند که ساختمان‌ها بسته به شرایط بیرونی خنک‌تر یا گرم‌تر شوند. در آزمایشی میدانی که در ژوئن در مجله Nature Communications گزارش شد، مشخص گردید پنجره‌های هوشمند قادرند دمای داخلی ساختمان‌ها را تا ۱۰ درجه سلسیوس کمتر از پنجره‌های شفاف معمولی نگه دارند.
به نظر می‌رسد همان‌طور که جوامع در مبارزه با تغییرات اقلیمی هوشمندانه‌تر عمل می‌کنند، پنجره‌ها نیز در این مسیر به همان اندازه هوشمند خواهند شد.
دانلود آهنگ
طراحی و اجرا :
وین تم
هر گونه کپی برداری از طرح قالب یا مطالب پیگرد قانونی خواهد داشت ، کلیه حقوق این وب سایت متعلق به وب سایت تک فان است
دیدگاهتان را بنویسید