Солнечный свет в ловушке: обычное стекло научились быть энергостанцией

Специалисты из Нанкинского университета разработали инновационное устройство — прозрачный и бесцветный концентратор солнечных лучей, который наносится прямо на обычное стекло окон.

Этот дифракционный концентратор (CUSC) основан на многослойных холестерических жидких кристаллах с периодичностью на субмикронном уровне и выборочно перенаправляет лучи солнца к кромке окна, где размещены фотоэлектрические модули. Материалы об этом появились в журнале PhotoniX.

В отличие от традиционных люминесцентных или рассеивающих систем, которые часто вызывают оптические помехи, низкую производительность и проблемы с масштабированием, новый вариант обеспечивает широкополосную дифракцию с учетом поляризации и передачу света без потери прозрачности. Устройство поддерживает высокий уровень прохождения видимого спектра (в среднем 64,2%) и точную цветопередачу (91,3), позволяя вырабатывать экологичную энергию, не меняя облик окон.

Один из ведущих авторов, доктор Дэвэй Чжан, пояснил, что путем корректировки строения пленок из холестерических жидких кристаллов они создали механизм, который избирательно рассеивает свет с круговой поляризацией и ведет его в стеклянный канал под значительными углами. Это дает возможность аккумулировать до 38,1% энергии от падающего зеленого излучения на периферии.

В ходе тестов миниатюрный образец диаметром 1 дюйм успешно обеспечивал энергией вентилятор на 10 мВт прямо от солнечных лучей. Расчеты продемонстрировали, что стандартное окно шириной 2 метра с CUSC способно усиливать концентрацию света в 50 раз, что уменьшает потребность в фотоэлектрических ячейках на 75%. Система совместима с продвинутыми фотоэлементами, такими как на базе арсенида галлия, для повышения коэффициента преобразования.

Многослойные покрытия из CLC создаются методами фотосовмещения и полимеризации, подходящими для массового выпуска через рулонную технологию. Конструкция выдерживает длительную эксплуатацию и легко монтируется на уже существующие поверхности для устойчивого обновления городской инфраструктуры.

Профессор Вэй Ху отметил, что проект CUSC представляет собой прогресс в объединении солнечных решений с городской средой, не жертвуя внешним видом. Это эффективный и расширяемый подход к снижению эмиссии углерода и достижению энергетической независимости.

В перспективе усилия сосредоточатся на улучшении широкополосной связи, контроле поляризации и приспособлении разработки для парников в сельском хозяйстве или прозрачных панелей. Цель — преобразовать обычное стекло в активный элемент, производящий энергию, по всему миру.

Уточнения

Нанки́нский университе́т — одно из самых старых и престижных заведений высшего образования в Китае.