ЭФФЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ В ФАСАДАХ ЗДАНИЙ

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрена проблема рационального использования солнечной энергии. … Использование светопрозрачных солнечных панелей на фасадах зданий позволит решить вопрос эффективного энергоснабжения в строительстве.

Ключевые слова: солнечная энергетика, солнечные панели, энергоэффективное строительство, электроэнергетика, светопрозрачный фасад.

В настоящее время наряду с изменениями климата происходит рост дефицита энергетических ресурсов. Решением этой проблемы могут стать альтернативные источники энергии. К ним можно отнести – солнце, ветер, воду, геотермальные источники, биотопливо, т. е. все источники, энергия которых считается неисчерпаемой.

Солнце является нашим постоянным источником света и энергии на протяжение многих миллиардов лет. Если правильно преобразовать эту энергию с помощью аккумуляторных устройств, можно значительно сократить производство «искусственной» энергии.

Данная концепция легко реализуема с помощью солнечных фотоэлектрических систем, которые преобразуют солнечное излучение в постоянный ток. Остается только решить вопрос прозрачности оконного полотна.

Эту проблему возможно решить, если на оконные стекла нанести органическое напыление, которое будет улавливать инфракрасные и ультрафиолетовые лучи в спектре солнечного света и преобразовывать их в электрический ток (рис. 1). Полученную энергию можно накапливать в аккумуляторах или батареях, а также использовать для энергообеспечения зданий.

Рисунок 1. Оконное полотно с напылением в действии

Так как напыление улавливает не весь свет, производительность таких прозрачных панелей ниже, чем у традиционных солнечных: в пиковые часы нагрузки они могут произвести примерно 2/3 от объема стандартной солнечной панели аналогичного размера.

Поглощение и «переработка» инфракрасного излучения позволяет добиться — минимизация теплового воздействия. Это крайне важно для стран с жарким климатом. Именно ИК-спектр лучей приводит к нагреванию поверхностей и необходимости охлаждать их. Прозрачные панели солнечных батарей поглощают ИК-лучи, при этом не разогреваются сами. В результате можно минимизировать траты на системы охлаждения. [5]

На текущий момент можно сказать, что, даже при столь небольшом КПД, производительность будет окупаться отсутствием необходимости поиска места установки и легкостью монтажа. Значительная площадь стеклянных конструкций, которые фактически не приносят практической пользы, позволит вырабатывать существенное количество электроэнергии. [5]

Среднее потребление энергии на 1 м² здания составляет 430 кВт*ч.  По прогнозам австралийских ученых солнечные окна, окрашенные в той же степени, что и нынешние коммерческие окна, будут генерировать около 140 Вт электроэнергии на 1 м². Таким образом, даже частичное преобразование солнечной энергии на энергетические расходы здания все же будет реализовано.

Первое применение, скорее всего, будет в многоэтажных домах, так как можно будет задействовать большую фасадную площадь остеклением. Дополнительные затраты на монтаж и другие необходимые элементы будут незначительными. Но даже с дополнительными затратами здание получает электричество бесплатно.

Кроме того, главное преимущество солнечных панелей состоит в том, что она работает только за счет аккумуляции солнечной энергии и не потребляет никакое топливо, а значит не зависит от ценовой политики расходов на горючие материалы. Однако есть необходимость в техническом осмотре всех батарей и их составляющих 1-2 раза в год, но эти затраты невелики.

Также ученые из Брукхэвенской национальной лаборатории и Лос-Аламосской национальной лаборатории представили концепт прозрачной тонкой пленки, которая имеет способность поглощать свет и генерировать электрический заряд. Данный материал можно использовать для создания прозрачных панелей солнечных батарей или даже окон, поглощающих солнечную энергию и вырабатывающих электричество. [1]

Такой метод смог бы позволить наносить прозрачную пленку на уже имеющееся остекление, что значительно сократило бы затраты на установление новых полноценных светопозрачных солнечных панелей.

Таким образом в будущем здания смогут сами себя снабжать энергией. Развитие возобновляемой энергетики позволит людям получить экологическую безопасность и энергонезависимость.

Список литературы:

1. Iyengar R. This company wants to turn your windows into solar panels [Электронный ресурс] // URL: https://edition.cnn.com/2020/03/30/tech/solar-windows-ubiquitous-energy-california/index.html (дата обращения: 10.12.2020)
2. Transparent conductive material could lead to power-generating windows [Электронный ресурс] // Physics & Chemistry. – 2010. URL: http://esciencenews.com/articles/2010/11/03/transparent.conductive.material.could.lead.power.generating.windows (дата обращения: 10.12.2020)
3. Башмаков И. А. Энергопотребление зданий сферы услуг: мировой опыт // Энергосбережение. – 2015. – №5. – С. 24-29.
4. В Австралии создали солнечные батареи, которые встроены прямо в оконные стекла [Электронный ресурс] // URL: https://hightech.fm/2020/04/22/solar-cell-in-window (дата обращения: 10.12.2020)
5. Окна батареи. Прозрачные солнечные батареи. Работа и применение [Электронный ресурс] // URL: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrooborudovanie/jelektropitanie/okna-batarei/  (дата обращения: 10.12.2020)
6. Панченко В. А., Илларионова Л. А. Модульный солнечный фасад здания // COLLOQUIUM-JOURNAL. – 2020. – №11(63). DOI: 10.24411/2520-6990-2020-11725
7. Прозрачные солнечные батареи в оконных стеклах [Электронный ресурс] // URL: https://oknaforlife.ru/poleznaya-informatsiya/prozrachnye-solnechnye-batarei-v-okonnyh-steklah (дата обращения: 10.12.2020)