Úsvit solárních oken - 1. díl

Do roku 2020 bude podle Freedonia Group celosvětově každý rok pokryto sklem 8,3 miliard čtverečních metrů na nových budovách.  Kdyby byla tato plocha pokryta solárními panely, její instalovaný výkon by byl více než 1 terawatt a během jednoho roku by dokázala vyrobit přibližně 2 200 TWh elektrické energie. To je zhruba 9 % světové spotřeby elektrické energie v roce 2016. K využití tohoto potenciálu a zachování původní funkčnosti by se dala využít solární okna.

Výhled z kanceláře Ioannise Papakonstantinoua z Londýnské univerzity nabízí pohled na nevyužitou příležitost. Je to pohled na univerzitní nemocnici, vysoký obdélníkový blok, se zelenými skelnými tabulemi. Vypadají moderně, ale nemají žádný účel, a klasickými solárními panely by je nikdo nenahradil. Řešením by však mohlo být zachování estetického hlediska a značné zvýšení funkčnosti skelných tabulí při nahrazení solárními okny.

Papakonstantinou je jeden z mnoha, kteří sní o přeměně skelných tabulí na fotovoltaické moduly, které by mohly být integrovány přímo na budovy. Jeho laboratoř je mezi mnoha skupinami a společnostmi, které nezávisle rozvíjejí a experimentují s metodami, jak toho dosáhnout. Někteří už instalují svoje solární okna na budovy. Cíl je jasný. Solární okna by nenápadně generovala elektrickou energii pro budovu a současně zachovala dosavadní funkčnost oken.

Evropský regulační rámec dává podnět solárním oknům a jejich environmentálním benefitům, aby se brzo staly realitou. Evropská unie vyžaduje, aby všechny nové budovy splňovaly poždavek „nearly zero-energy“ vycházející ze Směrnice o energetické náročnosti budov do konce roku 2020 a aby budovy využívané veřejnými orgány splňovaly tento požadavek od roku 2018. Japonsko po havárii jaderné elektrárny Fukushima-Daiichi zašlo ještě dále a vyžaduje, aby všechny nově postavené veřejné budovy byly „zero-energy“ od roku 2020. Solární okna nebudou nikdy dosahovat takové efektivnosti jako solární panely, protože musí zachovat průhlednost, ale mohou tvořit velkou síť malých fotovoltaických zdrojů.

„V současné době je cenový rozdíl už malý, a návratnost na přidání komponent generující elektrickou energii k okenním materiálům, by mohla být 10 let,“ uvedl Thomas Brown z Univerzity La Sapienza v Římě.

V UbiQD jsou přesvědčení, že mají správnou technologii

Hunter McDaniel, ředitel společnosti UbiQD v Novém Mexiku, je přesvědčen, že technologie jeho firmy je klíčová v tomto odvětví. „QD“ v názvu firmy znamená quantum dot (kvantová tečka, dále již jako KT), což je ohraničená oblast polovodiče, schopná v důsledku nižší energie ve srovnání s energií vodivostního pásu okolního polovodiče vázat elektrony. Ty mohou nabývat pouze diskrétních hodnot energie, podobně, jako je tomu u atomu. KT se využívají ve speciálních součástkách, které jsou schopny pracovat s jednotlivými elektrony či fotony.

KT může být součást transparentního materiálu solárního okna a vytvořit tak LSK (Luminiscenční solární koncentrátor). LSK zachytí světlo, které dopadá na plochu okna a přesměruje ho k solárnímu článku, který je namontovaný na okraji rámu. Po absorbování slunečného záření ho fluorofory změní na záření o delší vlnové délce, které se odráží mezi okenními povrchy směrem k solárnímu článku a zamezují tak unik anebo pohlcení této energie další tečkou.

Je žádoucí, aby KT znovu emitovaly značnou část absorbovaného slunečního záření. McDaniel tvrdí, že v UbiQD vytvořili infračervené KT fluorofory, které nemění barvy předmětů viděné skrze okno a přitom dosahují úřinnosti 80 %. Většina ostatních firem používá organické barvivo jako fluorofory, McDaniels ale tvrdí, že tato metoda není zvláště stabilní.

„Dejte noviny na sluníčko a sledujte, jak rychle inkoust bledne. Stejný proces rozpadu způsobuje problémy se stabilitou solárních oken využívající organických materiálů,“ tvrdí McDaniels.

McDaniels a Papakonstantinou uznávají, že LSK technologie je stále na počátku svého vývoje. Sarah Kurtz, fotovoltaický expert v Americké Národní laboratoři pro obnovitelné zdroje energie, uvedla, že nevidí žádné zprávy, které by tvrdily, že tato metoda se ubírá směrem k sériové výrobě.

Proces SolarWindow

Proces od společnosti SolarWindow spočívá v nasprejování kapaliny na sklo, kde se zformují pevné organické polymery v několika vrstvách. Centrální výplň je „absorpční“ polymerová vrstva, kde dochází k uvolňování elektronů. Ostatní polymerové vrstvy jsou podpůrné.

V roce 2017 udělila společnost SolarWindow licenci na výrobu nástřiku firmě Triview Glass Industries, která se nachází v Los Angeles. Společnost získala peníze na vybavení a je připravena na spolupráci, nicméně ještě neuvedla, kdy začne s prodejem solárních oken založených na této technologii, a neuvedla ani cenu.

John Conklin, ředitel této společnosti, tvrdí, že jeho firma se produkt snaží přivést na trh s cenou, která se bude blížit klasickým cenám oken – okolo 500 dolarů (zhruba 10 200 Kč). Dalším cílem, kterého by společnost SolarWindow chtěla dosáhnout, je 85% propustnost světla.

Zdroj úvodního obrázku: Wikimedia.