Квантовые окна – инновация альтернативной энергетики

Квантовые окна – инновация альтернативной энергетики

Окна помещений жилых и офисных зданий, оснащённые двойными стеклянными панелями, способными генерировать электрический ток высокой мощности — вот очередная инновация для строительной сферы будущего. Согласно проведённым исследованиям, инновационная оконная архитектура, состоящая из двух разных уровней квантовых точек, поглощает излучение солнечного спектра намного эффективнее ставших уже привычными солнечных панелей. При этом новые квантовые окна, как элементы альтернативной энергетики, дают более качественную изоляцию от внешней среды и надёжно фильтруют вредное солнечное излучение.

Окна для альтернативной энергетики

Производственный процесс инновационных двухслойных окон с эффектом производства альтернативной энергии потребует применения недорогих материалов для обработки. Поэтому ожидается высокая производительность производства таких изделий.

Кроме того, технологически более совершенные люминесцентные солнечные концентраторы тока позволят существенно снизить стоимость альтернативной энергии.

Люминесцентный солнечный концентратор
Люминесцентный солнечный концентратор в натуральном виде. Именно на такой основе композита акрила и нитроцеллюлозы базируются новые конструкции электронных окон

Налицо продуктивное дополнение уже существующей фотогальванической технологии высокоэффективными солнечными коллекторами – полупрозрачными электронными окнами, удачно интегрированными в архитектуру зданий.

Базовые детали оконной солнечной энергии

Ключевым моментом инновации является технология «расщепления солнечного спектра». Именно такой техникой обработки солнечного потока излучения достигается обработка отдельных солнечных фотонов, насыщенных высокой или низкой энергией.

Мощные фотоны способны генерировать более высокое фото-напряжение, благодаря чему достигается рост выходной мощности системы в целом.

Соответственно, следует ожидать также  усиления фотогальванических токов, поскольку квантовые точки фронтального слоя окна фактически свободны от влияния реабсорбции.

Что такое квантовые точки?

Технологические элементы — квантовые точки, в данном случае являются полупроводниковыми фрагментами, насыщенными ионами марганца, которые следует рассматривать в качестве высоко-эмиссионных примесей.

Схема действия квантового окна
Теоретический принцип действия квантового окна: 1 — селенид кадмия; 2 — сульфит кадмия; 3 — поглощение солнечного излучения; 4 — локальное излучение полученной энергии; 5 — ячейки фотоприёмника

Солнечный свет, поглощенный такими полупроводниками, активирует примеси марганца. Активные ионы марганца начинают испускать свет в условиях энергетического поля, напряжённость которого ниже момента поглощения квантовой точки.

Этот эффект позволяет почти полностью устранить потери энергии, имеющие место по причине самопоглощения энергии полупроводниковыми элементами.

Каскадный вариант люминесцентного концентратора
Каскадный вариант люминесцентного концентратора. Здесь фотоэлектрические ячейки расположены по углам окна и разделены промежуточными блоками (красного цвета)

Излучаемый с фронтальной поверхности ионами марганца свет обладает спектральной составляющей, в точности аналогичной той,  что была принята от солнечного потока. Спектр «дублёр» воспринимается покрытием, нанесённым на поверхности второго стекла.

Технология изготовления люминесцентных покрытий

Технически окно, закрытое стёклами с нанесёнными квантовыми точками — это часть традиционного строительного проекта. Чтобы преобразовать обычное стекло в тандемный люминесцентный сборник солнечной энергии, применяется следующая методика:

  1. Накладывается слой высоко-эмиссионных квантовых полупроводников с примесью марганца на поверхность фронтального (внешнего) стекла.
  2. На поверхность заднего (внутреннего) стекла накладывается слой квантовых полупроводников на основе бинарного неорганического соединения селенида меди-индия-галлия или селенида кадмия.

Площадью поверхности фронтального стекла поглощается синяя и ультрафиолетовая лучевые части солнечного спектра. Остальная часть спектральной составляющей поглощается площадью задней (внутренней) стеклянной панели.

Генерация электрической энергии окнами

После завершения процесса поглощения, квантовые точки начинают излучать фотоны на более длинной волне.

Далее, своего рода трансформированное излучение за счёт внутреннего отражения транспортируется в область граней стеклянных панелей, которые опираются на рамную часть конструкции.

Солнечный люминесцентный концентратор в сборе
Лабораторный прототип солнечного люминесцентного концентратора, аналог которого должен использоваться в конструкциях окон зданий

В свою очередь, рамы оконного блока оснащены чувствительными фотоприёмниками, благодаря которым отражённый свет собирается и преобразуется в электричество.

Всё достаточно просто, если не брать в расчёт технологию формирования квантовых проводников на поверхности обычного стекла. Но это пока что – секрет фирмы.

Электронные окна из выставочной истории


По материалам: LOS ALMOS, N.M.

Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *