هر خانه یک نیروگاه؛ پنجره هایی که می‌توانند به صورت مستقل و رایگان برق تولید کنند

تصور کنید روزی برسد که تمامی ساختمان‌ها، از برج‌های بلند گرفته تا دفاتر اداری، بتوانند انرژی خود را از نور خورشید تأمین کنند. این تکنولوژی جدید که در دانمارک توسعه یافته، می‌تواند به این رویا واقعیت ببخشد. محققان این کشور موفق به ساخت پنجره‌های خورشیدی شده‌اند که علاوه بر عبور نور، قادر به تولید برق هم هستند. این فناوری می‌تواند به تحول بزرگی در تولید انرژی‌های تجدیدپذیر و طراحی ساختمان‌ها منجر شود.

پنجره‌های خورشیدی جدید و رکورد جهانی

بنابر گزارشی که یورونیوز در این زمینه منتشر کرده، محققان دانشگاه جنوبی دانمارک به تازگی در پروژه CitySolar موفق به ثبت رکورد جهانی در تبدیل نور خورشید به برق با استفاده از پنجره‌های شفاف شده‌اند. این پنجره‌ها می‌توانند ساختمان‌ها را به نیروگاه‌های خورشیدی تبدیل کنند و به اروپا کمک کنند تا اهداف زیست‌محیطی خود را تا سال ۲۰۵۰ محقق کند، از جمله تبدیل تمامی ساختمان‌های جدید به ساختمان‌هایی با مصرف انرژی تقریباً صفر.

ترکیب مواد جدید برای افزایش بازدهی

در این پروژه، محققان از ترکیب سلول‌های خورشیدی ارگانیک و یک ماده جدید به نام «پروسکایت» استفاده کرده‌اند. این ترکیب به آن‌ها این امکان را داده که به بازدهی ۱۲,۳ درصد برسند که مشابه سلول‌های خورشیدی تجاری است. همچنین، این پنجره‌ها شفافیت ۳۰ درصدی دارند که برای استفاده در ساختمان‌ها مناسب است.

از دید فنی، فناوری پنجره های خورشیدی یک نوآوری پیچیده در حوزه انرژی‌های تجدیدپذیر است که بر پایه ترکیب سلول‌های خورشیدی آلی (Organic Solar Cells - OSCs) و ماده پروفسکایت (Perovskite) شکل گرفته است. این سیستم، که به نام سلول‌های خورشیدی دوگانه (Tandem Solar Cells) شناخته می‌شود، با بهره‌گیری از ویژگی‌های مکمل این دو ماده، توانسته است کارایی و شفافیت را به‌طور همزمان بهینه کند.

​در ساخت سلول‌های خورشیدی پروسکایت، لایه پروسکایت معمولاً با استفاده از روش‌های رسوب‌گذاری محلول مانند پوشش‌دهی چرخشی (Spin Coating) یا رسوب‌بخاری (Vapor Deposition) بر روی زیرلایه‌های شفاف نظیر شیشه یا پلاستیک اعمال می‌شود. یکی از چالش‌های اصلی در این فناوری، پایداری پروسکایت در برابر رطوبت و حرارت است که با استفاده از تکنیک‌هایی مانند کپسوله‌سازی (Encapsulation) می‌توان آن را بهبود بخشید.

برای لایه‌سازی سلول‌های آلی، از تکنیک‌های چاپ یا پوشش‌دهی مرطوب (Wet Coating) استفاده می‌شود که به کاهش هزینه تولید و افزایش مقیاس‌پذیری کمک می‌کنند. همچنین، به منظور حفظ شفافیت و کارایی، از الکترودهای شفاف مانند اکسید قلع ایندیم‌دار (ITO) یا نانوساختارهای کربنی مانند گرافن بهره می‌برند که دارای مقاومت الکتریکی پایین و شفافیت بالایی هستند.​

در نتیجه بسترهایی شفاف تولید می‌شوند که هم قابلیت تولید انرژی را دارند و هم می‌توان به عنوان یک پنجره از آنها استفاده کرد.

در همین رابطه بخوانید:

- فیلم خورشیدی انعطاف پذیر جایگزین پنل خورشیدی که با نصب روی هر سطحی برق تولید می‌کند

چرا فناوری پنجره خورشیدی اهمیت دارد؟

پژوهشگران این طرح معتقدند که سلول‌های خورشیدی شفاف می‌توانند یک گام بزرگ در راهکارهای تأمین انرژی ساختمان‌ها باشند. مورتن مادسن، استاد دانشگاه جنوبی دانمارک، در این باره می‌گوید:

با این فناوری، می‌توان از نمای شیشه‌ای ساختمان‌ها برای تولید انرژی استفاده کرد بدون نیاز به فضای اضافی یا تغییرات خاص در ساختار ساختمان.

امکان استفاده تجاری و گام‌های بعدی پروژه

این فناوری جدید نه تنها از نظر علمی پیشرفته است، بلکه بسیار مقرون به صرفه است و می‌تواند به راحتی در مقیاس تجاری تولید شود. پروژه CitySolar اکنون در مراحل آزمایشی قرار دارد و در حال مذاکره با شرکای صنعتی برای تولید انبوه پنجره‌های خورشیدی شفاف است.

این فناوری برای نصب در نمای شیشه‌ای ساختمان‌ها (Building-Integrated Photovoltaics - BIPV) طراحی شده است. با توجه به سطح وسیع شیشه در آسمان‌خراش‌ها، حتی بهره‌وری ۱۲,۳ درصد می‌تواند مقدار قابل‌توجهی انرژی تولید کند. برای مثال، یک ساختمان با ۱۰۰۰ متر مربع شیشه می‌تواند در شرایط ایده‌آل (۱۰۰۰ وات بر متر مربع تابش خورشید) حدود ۱۲۳ کیلووات‌ساعت برق در روز تولید کند.

آینده‌ای با پنجره های خورشیدی

ساختار این پروژه ترکیبی هوشمندانه از علم مواد، اپتیک و مهندسی برق است که با هدف تعادل بین شفافیت و تولید انرژی طراحی شده است. استفاده از سلول‌های دوگانه پروفسکایت-آلی، تنظیم دقیق جذب نور، و انتخاب مواد ارزان‌قیمت، این فناوری را به گزینه‌ای امیدوارکننده برای آینده انرژی پاک تبدیل کرده است. با این حال، برای رسیدن به مقیاس تجاری، نیاز به بهبود پایداری مواد و افزایش بهره‌وری در ابعاد بزرگ‌تر وجود دارد.