نافذة ذكية تتحكم فى دخول الضوء وإنتاج الطاقة الشمسية للمنزل

وقد وضعت العلماء نافذة ذكية تعمل بالطاقة الذاتية تتحكم في كمية الضوء وتقلل من فقدان الحرارة.

وفي حين أن النوافذ المتاحة حاليا يمكن أن تحلق 40 في المائة من تكاليف الطاقة، يصعب تركيبها لأنها تتطلب إمدادات طاقة جديدة.

من خلال تطبيق تقنية جديدة شفافة الخلايا الشمسية، وضعت الباحثون نوع مختلف من النافذة الذكية التي هي أرخص وأسهل لتثبيت - ويمكن أن ينقذ على تكاليف الطاقة.

تستخدم النافذة، التي تم تطويرها من قبل باحثين من جامعة برينستون، ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتوليد الكهرباء، والتي تعمل على التفاعلات الكيميائية التي تضيء أو تظلم الزجاج حسب الحاجة.

عندما تكون مظلمة، يمكن للنافذة منع أكثر من 80 في المائة من الضوء.

وقال البروفيسور يويه لين لو، المؤلف الرئيسي للدراسة: "ضوء الشمس هو خليط من الإشعاع الكهرومغناطيسي تتكون من الأشعة فوق البنفسجية القريبة من الأشعة فوق البنفسجية، الضوء المرئي، والطاقة الأشعة تحت الحمراء، أو الحرارة.

"أردنا نافذة الذكية للتحكم بشكل حيوي كمية الضوء الطبيعي والحرارة التي يمكن أن تأتي في الداخل، وتوفير على تكلفة الطاقة وجعل الفضاء أكثر راحة."

النافذة الذكية تسيطر على انتقال الضوء المرئي وحرارة الأشعة تحت الحمراء في المبنى، في حين أن نوع جديد من الخلايا الشمسية يستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتشغيل النظام.

وأضاف البروفيسور لو: "هذه التكنولوجيا الجديدة هي في الواقع الإدارة الذكية من الطيف بأكمله من أشعة الشمس.

"استخدام الضوء القريب من الأشعة فوق البنفسجية لتشغيل هذه النوافذ يعني أن الخلايا الشمسية يمكن أن تكون شفافة وتحتل نفس البصمة من النافذة دون التنافس لنفس النطاق الطيفي أو فرض القيود الجمالية والتصميم.

"الخلايا الشمسية النموذجية المصنوعة من السيليكون هي سوداء لأنها تمتص كل الضوء المرئي وبعض الحرارة بالأشعة تحت الحمراء - لذلك تلك ستكون غير مناسبة لهذا التطبيق."

استخدمت الدراسة أشباه الموصلات العضوية - مشتقات هيكسابينزوكورونين (كبك) - لبناء الخلايا الشمسية.

يمكن تعديل هيكلها الكيميائي لاستيعاب مجموعة ضيقة من الأطوال الموجية - في هذه الحالة، بالقرب من ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

تم ترسب جزيئات أشباه الموصلات كأفلام رقيقة على الزجاج مع نفس أساليب الإنتاج المستخدمة من قبل الشركات المصنعة للضوء الصمام الثنائي العضوي.

عندما تعمل الخلايا الشمسية، أشعة الشمس تثير أشباه الموصلات ككبك لإنتاج الكهرباء.

وفي الوقت نفسه، شيد الباحثون نافذة ذكية تتكون من البوليمرات الكهربائية، التي تتحكم في لون، ويمكن تشغيلها فقط باستخدام الطاقة التي تنتجها الخلايا الشمسية.

عندما يولد ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الشمس شحنة كهربائية في الخلية الشمسية، تهمة يؤدي إلى رد فعل في نافذة إليكتروكروميك، مما تسبب في تغيير من واضح إلى الأزرق الداكن.

وقال طالب الدكتوراه نيكولاس ديفي الهدف كان لخلق نسخة مرنة من نظام النافذة الذكية التي تعمل بالطاقة الشمسية التي يمكن تطبيقها على النوافذ القائمة عن طريق التصفيح.

وقال: "شخص في منزلهم أو شقة يمكن أن تأخذ هذه اللاسلكية الذكية نافذة شرائح - التي يمكن أن يكون لها دعم لزجة التي مقشر - وتثبيتها على المناطق الداخلية من النوافذ الخاصة بهم.

"ثم يمكنك التحكم في ضوء الشمس يمر في منزلك باستخدام التطبيق على الهاتف الخاص بك، وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة على الفور، والراحة، والخصوصية".

وعلق كبير الباحثين العلميين جوزيف بيري في المختبر الوطني للطاقة المتجددة قائلا: "دمج الخلايا الشمسية في النوافذ الذكية يجعلها أكثر جاذبية لإعادة التهيئة، وليس عليك التعامل مع الطاقة الكهربائية.

"وأداء الجهد هو جيد جدا.

"الجهد الذي كان قادرا على إنتاج يمكن أن تدفع الأجهزة الإلكترونية مباشرة، وهو من الناحية التكنولوجية مثيرة للاهتمام للغاية."

وقد وضعت البروفيسور لو والسيد ديفي أندلوكا تكنولوجيز لاستكشاف تطبيقات أخرى للخلايا الشمسية شفافة.

وأوضحوا أن تكنولوجيا الخلايا الشمسية شبه الأشعة فوق البنفسجية يمكن أيضا أن أجهزة استشعار الإنترنت وغيرها من المنتجات الاستهلاكية منخفضة الطاقة.



وقال البروفيسور لو: "انها لا تولد ما يكفي من القوة لسيارة، ولكنها يمكن أن توفر الطاقة المساعدة للأجهزة الصغيرة، على سبيل المثال، مروحة لتبريد السيارة في حين انها واقفة في الشمس الحارقة"