صناعة

هل يمكن لتصميمات النوافذ الجديدة أن تساعد المباني على توليد طاقتها الخاصة؟

هل يمكن لتصميمات النوافذ الجديدة أن تساعد المباني على توليد طاقتها الخاصة؟

نوافذ مبنى المكاتب [الصورة: C P Storm، Flickr]

تشكل المباني الحديثة حاليًا حوالي 40 في المائة من الطاقة المستهلكة في البلدان المتقدمة ، ويمكن أن يعزى ثلثاها إلى التدفئة والتبريد. ومع ذلك ، على مر السنين ، ظهر عدد من تصميمات النوافذ المبتكرة كجزء من المحاولات الشاملة لقطاع الطاقة والمؤسسات البحثية لخفض استخدام الطاقة وتقليل التكاليف.

من أحدث الابتكارات "النافذة الذكية" الموفرة للطاقة التي طورتها كلية لندن الجامعية (UCL). هذا التصميم ، الذي لا يزال كثيرًا في مرحلة الاختبار ، يشتمل على ميزة مضادة للانعكاس تتكون من هياكل نانوية تقلل من كمية الضوء المنعكس حول الغرفة إلى أقل من 5 بالمائة. يتم ترتيب الهياكل النانوية في نمط يحاكي الصفات المضادة للانعكاس الموجودة في بعض الحشرات مثل العث ، مما يساعد على تقليل الوهج. تحتوي النوافذ أيضًا على طبقة رقيقة من ثاني أكسيد الفاناديوم الذي يمنع الحرارة من الهروب من المبنى في الأيام الباردة مع منع دخول الأشعة تحت الحمراء من أشعة الشمس في الأيام الدافئة.

صُممت الهياكل النانوية أيضًا لتقليل التصاق الماء ، بحيث تميل قطرات المطر إلى الانزلاق على الزجاج ، وتجمع الغبار والأوساخ أثناء القيام بذلك ، مما يجعل النوافذ ، في الواقع ، ذاتية التنظيف جزئيًا. الهدف العام للمشروع ، الممول جزئياً من قبل مجلس أبحاث الهندسة والعلوم الفيزيائية (EPSRC) ، هو توفير استخدام الطاقة وخفض تكاليف التنظيف وخفض فواتير التدفئة بنسبة 40 في المائة.

يأمل فريق البحث في UCL ، بقيادة الدكتور Ioannis Papakonstantinou ، أن تكون هذه النوافذ متاحة تجاريًا في غضون ثلاث إلى خمس سنوات. وفي الوقت نفسه ، يهدف الفريق أيضًا إلى تطوير فيلم بوليمر ذكي يمكن تثبيته على النوافذ الحالية لتقديم نفس تأثير التنظيف الذاتي وتوفير الطاقة.

يتم تصنيع النوافذ أيضًا بطبقات مولدة للكهرباء تولد طاقة متجددة. إحدى الشركات التي تنتج مثل هذه التصميمات هي SolarWindow Technologies ، التي أعلنت أنها تختبر مثل هذا المنتج في مارس من العام الماضي. كان هدف الشركة هو تطوير نافذة يمكن أن تولد الطاقة ، وتحقق عائدًا على الاستثمار في غضون عام واحد. في أغسطس ، أعلنت شركة SolarWindow أن نافذتها الجديدة يمكن أن تولد 50 ضعف كمية الطاقة التي تنتجها الألواح الشمسية التقليدية لكل مبنى بالإضافة إلى إنتاج طلاءات مولدة للطاقة للنوافذ الحالية المصنوعة من مواد عضوية مثل الكربون والهيدروجين والنيتروجين والأكسجين. يجب تثبيت هذه الطلاءات داخل النافذة من أجل حماية الخلايا الشمسية. سيتم توليد الطاقة من عدد من الأسلاك "غير المرئية" داخل الطلاء.

[الصورة: SolarWindow Technologies]

SolarWindow ليسوا وحدهم الذين يعملون على مثل هذه التصاميم. أنشأ الباحثون في جامعة ولاية ميشيغان نافذة شفافة تمامًا لتوليد الطاقة في أغسطس 2014. تعمل النافذة مثل الخلايا الكهروضوئية الشمسية ، وقد تم تصميمها ، مثل منتج SolarWindow ، للمباني الشاهقة مثل المكاتب والمجمعات السكنية في المدن الأمريكية. يتم تنفيذ البحث من قبل شركة Ubiquitous Energy الناشئة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، التي شارك في تأسيسها ريتشارد لونت ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية وعلوم المواد في جامعة ولاية ميشيغان. الطريقة التي تعمل بها النافذة هي أنها تحصد الجزء غير المرئي من الطيف الشمسي مع السماح للضوء المرئي بالمرور ، على عكس "النوافذ الشمسية" الأخرى التي تكون "شفافة جزئيًا" فقط ، نظرًا لحقيقة أن توليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية يتطلب عادةً الامتصاص من الفوتونات من أجل تحويلها إلى إلكترونات. هذا يعني أن إنشاء خلية PV شفافة بالكامل أمر مستحيل أساسًا. إذا حاولت النافذة اتباع نهج PV ، فيجب أن تمتص النافذة بعض الضوء على الأقل ، مما يجعلها شفافة جزئيًا فقط في أحسن الأحوال.

اتبعت جامعة ولاية ميشيغان وشركة Ubiquitous Energy نهجًا مختلفًا حيث طورا "مُركِّزًا مضيئًا للشمس شفافًا" (TLSC) يتكون من أملاح عضوية تمتص أطوال موجية محددة من الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. يتم بعد ذلك تضييقها كطول موجي آخر غير مرئي من ضوء الأشعة تحت الحمراء والذي يتم توجيهه نحو حافة النافذة حيث تقوم شرائط من المواد الكهروضوئية التقليدية ، مرئية على شكل شرائط سوداء على طول حافة الصفيحة البلاستيكية ، بتحويلها إلى كهرباء.

راجع أيضًا: منازل صافي الصفر الموفرة للطاقة في كندا

في الوقت الحالي ، تبلغ كفاءة TLSC حوالي 1 في المائة ، لكن الباحثين يعتقدون أن هذا يمكن أن يزيد مع الإنتاج الضخم. يمكن استخدام هذا بعد ذلك للنوافذ في المباني الشاهقة أو ، على نطاق أصغر ، لشاشات عرض الأجهزة المحمولة.

يمكن لبعض النوافذ المولدة للطاقة أن تقلل من درجة حرارة الهواء الداخلي في المبنى ، وبعبارة أخرى ، توفر تأثير التبريد. تعمل Solaria على تطوير نافذة تضم شرائط 2.5 مم من الخلايا الكهروضوئية مدمجة في زجاج النافذة والتي لا تولد الطاقة فحسب ، بل تقلل أيضًا من "معامل اكتساب الحرارة الشمسية" ، وهو تأثير ضوء الشمس على درجة الحرارة الداخلية.

ما مدى كفاءة هذه الابتكارات بمجرد دخولها السوق ، بافتراض تسويقها بنجاح ، يبقى أن نرى. في الوقت الحاضر ، لا يزال معظمها قيد الاختبار والتطوير ولا يزال هذا القطاع المتخصص في مهده.

ومع ذلك ، إذا كان من الممكن إنتاج تصميمات النوافذ التي تولد الطاقة بفعالية وكفاءة ، فستكون هذه خطوة أخرى نحو قدرة المباني على إنتاج الطاقة بالكامل بمفردها ، وتوزيع توليد الطاقة محليًا بشكل أكبر ، وتوفير الطاقة والتكاليف وتقليل انبعاثات الكربون.

يمكن أن يكون مثيرا للغاية - إذا نجح.


شاهد الفيديو: كرانيش الشبابيك و الابواب يمكن شرائها جاهزة من الفوم (شهر نوفمبر 2021).