به تمام پنجرههای جهان، هکتارها فضای بلااستفاده که منتظر تبدیل شدن به یک منبع اصلی انرژی پاک هستند. پنلهای خورشیدی شفاف، آینده انرژی خورشیدی را نشان میدهند، با این قابلیت که میتوانند شهرهایی را که روی آنها قرار دارند، تأمین انرژی کنند. . پنلهای خورشیدی سنتی کارهای شگفتانگیزی برای ما انجام دادهاند و به ما این امکان را دادهاند که شهرها و محلهها را با آلودگی کم یا بدون آلودگی تأمین انرژی کنیم.
پنلهای خورشیدی شفاف یکی از نوآورانهترین فناوریهای انرژی تجدیدپذیر هستند که میتوانند سطوح شیشهای ساختمانها را به منابع تولید برق تبدیل کنند. این فناوری با حفظ شفافیت پنجرهها، بخشی از انرژی خورشید را جذب کرده و به برق تبدیل میکند؛ رویکردی که میتواند وابستگی به مزارع خورشیدی بزرگ و اشغال زمینهای وسیع را کاهش دهد.
چگونه کار میکنند؟
پنلهای خورشیدی شفاف برای جذب مناطقی از طیف خورشیدی، مانند فرابنفش و مادون قرمز که برای چشم انسان نامرئی هستند، طراحی شدهاند و به نور اجازه عبور میدهند و در عین حال انرژی را نیز مهار میکنند.
رایجترین ماده مورد استفاده برای این فرآیند نور خورشیدی انتخابی، شیشه فتوولتائیک شفاف یا به اختصار TPV است. محققان دانشگاه ایالتی میشیگان در خط مقدم این فناوری بودهاند و پنلهای خورشیدی شفاف با سطوح بالای راندمان ایجاد کردهاند. آنها یک "ماده جدید" متشکل از مولکولهای آلی مانند پلیپروپیلن (یک جزء لاستیکی) ایجاد کردهاند که به طور خاص برای هدف TPVها مهندسی شده است. این ماده میتواند با عبور نور مرئی در حالی که اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز جذب میشوند، انرژی را با شفافیت کامل مهار کند.
یک تیم تحقیقاتی در کره جنوبی با قرار دادن یک لایه نازک سیلیکون، که معمولاً در سختافزار کامپیوتر استفاده میشود، سه مزیت اصلی استفاده از سیلیکون را مشاهده کردند. اول، امکان استفاده از نور با طول موج بلندتر را فراهم میکرد و به آن اجازه میداد اشکال بیشتری از نور را در طیف خورشیدی جذب کند. دوم، منجر به جمعآوری کارآمد فوتون شد. سوم، امکان انتقال سریعتر ذرات باردار به الکترودها را فراهم میکرد، یعنی زمانی که ذرات با انرژی خورشید متصل میشوند و به سمت یک الکترود حرکت میکنند و در نتیجه اتلاف انرژی کمتری دارند . با نتایج امیدوارکننده از طریق استفاده از سیلیکون، این تیم نسبت به اجرای این فناوری در دنیای واقعی خوشبین است.
کاربردها
در حالی که پنلهای خورشیدی شفاف هنوز به یک ابتکار جهانی تبدیل نشدهاند، اما پس از تکمیل روشهای تولید، کاربردهای آنها میتواند بیپایان باشد. جدا از آسمانخراشها، این پنلها میتوانند برای گلخانهها، فضاپیماها و هر شیء دیگری با سطح شفاف استفاده شوند. یک گروه تحقیقاتی در UCLA نسخه خود از پنلهای خورشیدی شفاف را برای گلخانه آزمایش کردند و مشاهده کردند که یک سلول خورشیدی شفاف ساخته شده از مواد آلی در واقع از یک سلول خورشیدی سنتی که فقط از شیشه ساخته شده است، بهتر عمل میکند. این کاربرد پتانسیل ایجاد انقلابی در صنعت کشاورزی را دارد و به کشاورزان محصولات پربارتری میدهد و در هزینههای انرژی آنها صرفهجویی میکند.
علاوه بر این، سلولهای خورشیدی شفاف در حوزه هوافضا نویدبخش آیندهای روشن هستند. آنها میتوانند هم به عنوان پنجره و هم به عنوان منبع انرژی عمل کنند و فضاپیماها نیز از وزن سبک آنها بهرهمند خواهند شد. این کاربرد به طور خاص برای یک طرح مناسب خواهد بود که به جای سیلیکون، از یک لایه بسیار نازک از فیلمهای دیسلنید تنگستن استفاده کند که نرخ جذب بالاتری را ارائه میدهد و در عین حال بسیار سبکتر نیز هست. با توجه به رشد سریع صنعت هوافضا در قرن بیست و یکم، این فناوری نقش کلیدی در شکلدهی به فضاپیماهای آینده ایفا خواهد کرد. کاربردهای انواع مختلف سلولهای خورشیدی شفاف نه تنها ایده خوبی از محل پیادهسازی این سلولها به ما میدهد، بلکه طیف گستردهای از کاربردهای آنها را نیز نشان میدهد. هر چیزی که به یک لایه شفاف شیشه نیاز داشته باشد، مانند شیشههای ماشین، صفحه نمایشهای الکترونیکی و حتی عینک آفتابی، همگی پتانسیل تولید برق از طریق سلولهای خورشیدی شفاف را دارند.
چالشهای پیش رو
در حالی که پنلهای خورشیدی شفاف پتانسیل تسخیر جهان را دارند، چالشهای متعددی وجود دارد که باید حل شوند. اولین و گویاترین آنها روشهای مختلف تولید فعلی آنهاست. از آنجا که بخش عمدهای از این فناوری هنوز در "مرحله تحقیق" است، تیمهای تحقیقاتی روشهای مختلف ساخت و ساز را ارائه دادهاند. به عنوان مثال، تیم دانشگاه ایالتی میشیگان از یک ماده آلی استفاده میکند در حالی که تیم تحقیقاتی کرهای از سیلیکون استفاده میکند. از راندمان پنل گرفته تا مواد اصلی مورد استفاده، پنلهای خورشیدی شفاف در تنوع زیادی وجود دارند که تولید را دشوارتر میکند.
علاوه بر این، پنلهای خورشیدی شفاف در حال حاضر با سطوح راندمان بسیار پایینتری، حدود 5 تا 10 درصد، کار میکنند، در حالی که پنلهای سنتی حدود 20 تا 25 درصد راندمان دارند. داشتن سطوح اثربخشی پایینتر، آنها را از رقابت خارج می کند. در مقایسه، متقاعد کردن عموم مردم و شرکتهای بزرگ برای تغییر تنها بر اساس این واقعیت، به طور قابل توجهی چالش برانگیزتر میشود. این مسئله همچنین به موضوع مالی تبدیل میشود. از آنجا که پنلهای خورشیدی شفاف قادر به صرفهجویی در هزینه مردم به اندازه پنلهای سنتی نیستند، تغییر از نظر مالی برای مردم منطقی نیست. با توجه به اینکه معمولاً توجیه مالی مهمترین عامل است، برای پنلهای خورشیدی شفاف، با وجود مزایای زیستمحیطیشان، رقابت با پنلهای سنتی بسیار دشوارتر است.
پنلهای خورشیدی شفاف پتانسیل تغییر دنیای ما را به سمت بهتر شدن دارند. وقتی صحبت از سازگارترین بودن با محیط زیست نسبت به سایر گزینههای تجدیدپذیر، به ویژه سوختهای فسیلی، میشود، آنها برندهی قطعی هستند. حتی فرآیند تولید آنها از اکثر منابع انرژی تجدیدپذیر دیگر پاکتر است، که بیشتر بر مفید بودن این فناوری برای محیط زیست و خودمان تأکید میکند.
پنلهای خورشیدی شفاف میتوانند نقش مهمی در توسعه شهرهای هوشمند و ساختمانهای کممصرف ایفا کنند. اگر چالشهایی مانند افزایش راندمان و کاهش هزینه تولید برطرف شوند، این فناوری قادر خواهد بود میلیونها متر مربع از سطوح شیشهای موجود در شهرها را به منابع تولید انرژی پاک تبدیل کند. آیندهای که در آن پنجرهها علاوه بر تأمین نور طبیعی، برق مورد نیاز ساختمانها را نیز تولید کنند، دیگر یک ایده دور از دسترس نیست و میتواند یکی از مهمترین تحولات صنعت انرژی در دهههای آینده باشد.
منابع: