Полупрозрачные солнечные батареи: рекордная эффективность для "умных" окон

Исследовательская группа под руководством профессора Ли Гана из Политехнического университета Гонконга разработала новый параметр FoMLUE, который позволяет оценивать потенциал фотоактивных материалов для полупрозрачных органических фотовольтаических систем (ST-OPV). Это открывает путь к их широкому коммерческому применению.

Полупрозрачные солнечные элементы могут быть интегрированы в окна, экраны и другие поверхности, что обещает революционизировать сектор возобновляемой энергетики. Основная задача здесь – найти баланс между прозрачностью и эффективностью преобразования энергии.

ST-OPV, сочетающие в себе высокую энергоэффективность и эстетическую привлекательность, вызывают значительный интерес у ученых. Благодаря своим уникальным характеристикам, таким как дискретное поглощение, низкая стоимость производства и экологичность, ST-OPV обладают огромным потенциалом для использования в фотовольтаике, интегрированной в здания (BIPV).

Для полной реализации этого потенциала ученые комбинируют различные материалы и используют передовые технологии проектирования устройств. Цель – повысить эффективность и стабильность ST-OPV, сохраняя при этом естественный цвет под солнечным светом, чтобы фотовольтаическая система не нарушала архитектурный облик зданий.

Исследователи, в том числе профессор Ли Ганг и доктор Юй Цзяншэн, представили безразмерный параметр FoMLUE для отбора классических фотоактивных материалов. Этот параметр учитывает среднюю визуальную прозрачность материалов, ширину запрещенной зоны и плотность тока, анализируя их нормализованную абсорбционную способность.

Было установлено, что ST-OPV на основе тройных материалов с наивысшими значениями FoMLUE демонстрируют улучшенную теплоизоляцию и эксплуатационную стабильность по сравнению с аналогами. Была достигнута рекордная эффективность использования света в 6,05% – это самый высокий показатель эффективности, зарегистрированный для полупрозрачных солнечных элементов.

Исследование также выявило влияние географических факторов на производительность ST-OPV. Для оценки генерации энергии и энергосбережения окон со ST-OPV была разработана динамическая модель, позволяющая симулировать выходную мощность и анализировать ее влияние на нагрузку охлаждения и отопления зданий.

Применение этой модели в 371 городе Китая показало, что более 90% случаев привели к снижению годовой нагрузки. Географический анализ также показал, что регионы с жарким летом и теплой зимой наиболее подходят для установки окон со ST-OPV, где общее годовое энергосбережение может достигать 1,43 ГДж/м².

Профессор Ли отметил, что солнечные окна, как новая технология фотовольтаики, открывают новые возможности для применения в BIPV, возобновляемых источниках энергии для транспортных средств и сельскохозяйственных теплицах. Результаты исследования подчеркивают многофункциональность и географическую адаптивность высокопроизводительных ST-OPV для создания «умных» окон, экономящих энергию, без ущерба для архитектурного дизайна, что свидетельствует об их весьма перспективных коммерческих перспективах.

В дальнейшем команда исследователей намерена повысить долгосрочную стабильность ST-OPV и масштабировать разработку до крупноформатных солнечных модулей, что является ключевым для коммерциализации.