Fenêtres solaires - concentrateurs solaires transparents

Une équipe de chercheurs de l'Université du Michigan, dirigée par Richard Lunt, a développé un concentrateur solaire unique qui ne peut convertir qu'une partie du spectre solaire en ultraviolet, ce qui n'est pas perceptible par l'œil humain. Le matériau est transparent à la lumière visible, ce qui signifie que ces panneaux solaires transparents peuvent être facilement insérés à la place du verre à vitre, tandis que la fenêtre aura l'air complètement familière, comme du verre ordinaire, mais de l'électricité sera générée en cours de route. Le développement a été appelé «concentrateur solaire luminescent transparent».

Les concentrateurs solaires luminescents colorés sont déjà largement connus, dans lesquels une partie du spectre du rayonnement incident sur le concentrateur est absorbée dans la couche supérieure colorée, puis reradiée avec une longueur d'onde plus longue. Ensuite, à travers une deuxième couche transparente, le rayonnement est dirigé vers la face latérale du concentrateur, où se trouve la ligne de photodiodes qui convertissent le rayonnement en tension électrique.

Lorsque la lumière directe du soleil frappe la couche supérieure du moyeu, elle a une certaine direction. Mais quand un nouveau rayonnement se produit, une fois la lumière du soleil absorbée, les rayons de lumière ont déjà des directions différentes. Il s'avère qu'environ la même quantité de lumière est émise dans différentes directions.

Si l'angle d'incidence des rayons reradiés à l'interface verre-air est supérieur à une certaine valeur, alors la réflexion se produit à l'intérieur du verre, puis les rayons tombent sur la frontière opposée, là, ils sont à nouveau réfléchis sous le même angle, et donc après quelques réflexions à la fin, le faisceau frappe la face latérale hub. Sur la face latérale est une règle photodiodes, qui convertit l'énergie des rayons en électricité.

En raison du fait que la réémission de lumière se produit uniformément dans toutes les directions, la plupart, près de 80%, tombe sur les bords du verre à un angle qui est exactement plus que critique, et est donc transférée à la ligne de photodiodes sur les faces latérales du verre.

Ainsi, les concentrateurs solaires présentent les avantages suivants:

• d'une part, contrairement aux panneaux solaires conventionnels, où les convertisseurs photovoltaïques couvrent toute la surface, ici les convertisseurs sont situés sur les faces, cela réduit le coût;

• deuxièmement, en raison de la transparence, un tel concentrateur peut être inséré comme du verre à vitre ordinaire.

Mais il y a aussi des inconvénients, dont le premier est une faible efficacité, car ici il est bien inférieur à celui de panneaux solaires conventionnelset la seconde est que la lumière tombant dans la pièce n'est pas propre, mais légèrement rougeâtre. En d'autres termes, un concentrateur solaire transparent ordinaire est toujours «couleur» et non transparent.

Le deuxième défaut a été éliminé par des chercheurs de l'Université du Michigan. Les scientifiques ont créé la couche supérieure de molécules organiques avec une propriété spéciale. Ils absorbent non seulement l'ultraviolet, mais aussi une partie du spectre infrarouge, puis le réémettent dans la lumière infrarouge, mais avec une longueur d'onde différente.

En conséquence, les scientifiques ont obtenu un concentrateur de travail complètement nouveau, qui n'absorbe pas et ne rayonne pas dans la gamme visible du spectre, c'est-à-dire qu'il est perçu par l'œil humain comme du verre transparent ordinaire.

Les paramètres obtenus permettent d'introduire largement cette technologie pour diverses applications. Ce sont les vitres des bâtiments, y compris les gratte-ciel, dont les façades peuvent être entièrement équipées de tels panneaux transparents. Ce sont les écrans de divers appareils mobiles, tels que des livres électroniques, des tablettes, des smartphones.La tâche principale des développeurs est de rendre les concentrateurs solaires invisibles, comme les verres ordinaires.

Richard Lunt note que malgré la première étape, il y a encore beaucoup de travail à améliorer, en premier lieu - l'amélioration de l'efficacité du nouveau hub. L'efficacité de la conversion de l'énergie solaire par un échantillon de 1% est maintenant atteinte, mais les développeurs affirment que pour le moment leur objectif est de l'augmenter à 5%. L'efficacité du meilleur des convertisseurs solaires luminescents peints atteint 7%.