Οργανική βαφή μετατρέπει τα παράθυρα σε ηλιακούς συλλέκτες

Πηγή: Cosmos Online, 11 Ιουλίου 2008

Με μια νέα τεχνολογία θα μπορούσαν τα παράθυρα σας να μετατραπούν σε ηλιακούς συλλέκτες ή να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα των υφιστάμενων ηλιακών πάνελ, μειώνοντας έτσι το κόστος της ηλιακής ενέργειας, σύμφωνα με νέα έκθεση. Τοποθετώντας ειδικά φίλτρα στα παράθυρα, που περιέχουν χρωστικές ουσίες και απορροφούν το φως, το αναδρομολογούν κατάλληλα προς τις άκρες του πλαστικού φύλλου, γύρω από τις οποίες βρίσκονται τοποθετημένα φωτοβολταϊκά στοιχεία.

Μηχανικοί στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης κατάφεραν να μετατρέψουν ένα παράθυρο σε χώρο συλλογής ηλιακών ακτίνων , βάφοντας το με ένα μείγμα οργανικών βαφών και τοποθετώντας μικρές ηλιακές κυψέλες στα άκρα του.

Οι χρωστικές των φίλτρων αυτών αφήνουν το 10% της ηλιακής ακτινοβολίας να περάσει, ώστε να φωτίζονται οι εσωτερικοί χώροι των κτιρίων, ενώ το υπόλοιπο απορροφάται από φωτοβολταικά στοιχεία μέσα στα κουφώματα των υαλοπινάκων.

Τα οργανικά μόρια χρωστικής απορροφούν τα φωτόνια της ηλιακής ακτινοβολίας και τα εκπέμπουν εκ νέου σε διαφορετικό μήκος κύματος. Αυτά τα φωτόνια κινούνται στη συνέχεια στο εσωτερικό του πλαστικού και φτάνουν μέχρι τις άκρες του.

Έξυπνη λύση: Οργανικοί ηλιακοί συλλέκτες συλλέγουν και εστιάζουν διαφορετικά χρώματα του ηλιακού φωτός. Ηλιακές κυψέλες μπορούν να συνδεθούν στις άκρες των πλακών αυτών. Συλλέγοντας το φως πάνω στην επιφάνεια τους και συγκεντρώνοντας το στις άκρες τους, οι συσκευές αυτές μειώνουν τον απαιτούμενο χώρο και συνεπώς το κόστος της ηλιακής ενέργειας. Η εικόνα δεξιά αποδεικνύει πως το φως συγκεντρώνεται στα άκρα.

Αρχές των οπτικών ινών

Ένας από τους ερευνητές, ο Jon Mapel, λέει ότι η χρήση οργανικών βαφών έχει τις ίδιες αρχές με τις οπτικές ίνες, για να εστιάσουν το φως από όλο το γυαλί πάνω στις ηλιακές κυψέλες κατασκευασμένες από πυρίτιο, στα άκρα του. Αυτός ο τρόπος δίνει στις κυψέλες δεκαπλάσια  ενέργεια από αυτή που θα μπορούσε να συλλέξουν μόνες τους.

Το σύστημα είναι τόσο απλό στην παρασκευή που η ομάδα αναμένει ότι θα είναι στην αγορά εντός τριών ετών, και ο Mapel έχει φτιάξει μια εταιρεία μαζί με τους Michael Currie και Shalom Goffri για την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας.

Ο Mapel ανέφερε ότι σήμερα το κόστος της ηλιακής ενέργειας που παράγεται αποτελεί το κύριο εμπόδιο για την ευρύτερη χρήση της. "Η ηλιακή ενέργεια είναι πραγματικά ένα πρόβλημα μηχανικής που αναμένει μια κομψή λύση για τη μείωση του κόστους", είπε.

Οι ηλιακοί οργανικοί συλλέκτες (OSC) που αναπτύχθηκαν από την ομάδα του MIT έχει απόδοση μετατροπής 6,8%, γεγονός που σημαίνει ότι το 6,8% της ενέργειας που συλλέγεται από τους OSC μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Είναι χαμηλότερο από το πυρίτιο ή ένα πάνελ λεπτού φιλμ, που έχουν αποδόσεις 14 και 10 τοις εκατό αντίστοιχα. Ωστόσο, επειδή οι ακριβές κυψέλες που βασίζονται στο πυρίτιο αποτελούν μόνο ένα μικρό μέρος του OSC, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται θα πρέπει να είναι φθηνότερη.

Κινητά κάτοπτρα

Οι περισσότεροι συλλέκτες χρησιμοποιούν κινητά κάτοπτρα που παρακολουθούν τον ήλιο κατά την κίνηση του και θα επικεντρώνουν τις ηλιακές ακτίνες σε μια κυψέλη, αλλά τα κινούμενα μέρη είναι ακριβά. Στη δεκαετία του 1970 μηχανικοί προσπάθησαν να χρησιμοποιήσουν οργανικές βαφές, που να παίζουν τον ρόλο συλλεκτών, αλλά χάθηκε πάρα πολύ φως στο δρόμο για να μεταφερθεί στς ηλιακές κυψέλες στην άκρη.

Η ομάδα του ΜΙΤ διαπίστωσε ότι το μυστικό ήταν, να χρησιμοποιήσουν ειδικούς δείκτες από συνθετικές βαφές, οι οποίοι απορροφούν ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος του φωτός. Ο Mapel ανέφερε ότι, χρησιμοποιώντας ειδικές βαφές για τα πάνελ - σαν παράθυρα -, οι υπάρχοντες ηλιακοί συλλέκτες, θα μπορούσαν να εξοπλιστούν  με ένα στρώμα του συγκεντρωτή του φωτός για να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητά τους.

Οι κυψέλες από πυρίτιο συνήθως είναι το πιο ακριβό μέρος ενός ηλιακού πάνελ, γι αυτό και η ομάδα του ΜΙΤ προσπαθούσε να αναπτύξει κυψέλες που να χρησιμοποιούν φθηνότερες οργανικές ενώσεις, όπως οι ημιαγωγοί. Οι κυψέλες που αναπτύχθηκαν είχαν ανώτερη οπτική ποιότητα, αλλά οι ηλεκτρικές ιδιότητες τους δεν μπορούσαν να ταιριάξουν με τις κυψέλες από πυρίτιο.

"Η συλλογή ήταν μια προσπάθεια του διαίρει και βασίλευε: να χρησιμοποιήσουμε τις οργανικές ενώσεις για τις οπτικές ιδιότητες τους και τους ανόργανους ημιαγωγούς για τις ηλεκτρικές τους ιδιότητες," τονίζει ο Mapel.

Ωστόσο, ο Martin Green, κορυφαίος εμπειρογνώμονας στα φωτοβολταϊκά στην Αυστραλία, πιστεύει ότι ο Mapel και οι συνάδελφοί του είναι υπερβολικά αισιόδοξοι. "… Η προβλεπόμενη απόδοση δεν είναι ακόμη αρκετά υψηλή για να έχει μεγάλες εμπορικές επιπτώσεις," σχολίασε.