Окна смогут запасать электричество

Стеклопакеты новейших небоскрёбов уже научились вырабатывать энергию из солнечного излучения. А недавно стали появляться и массовые электрохромные окна, управляемо затеняющие помещение от слишком яркого света, пишет сайт compulenta.ru.

Теперь китайские исследователи под руководством профессора Чжи Сян Вэя из Национального центра нанотехнологий разработали окно, комбинирующее в себе солнечную батарею, электрохромное окно и суперконденсатор. Мало того, оно ещё сгибается и разгибается без потери свойств!

Так называемые смарт-стёкла давно не новость, хотя пока их чаще применяют для наружной рекламы, нежели для освещения зданий. Обычно это электрохромные устройства, меняющие прозрачность в зависимости от приложенного напряжения. Когда слишком большое количество солнечного света попадает через стекло в помещение, такие «умные стёкла» автоматически становятся всё менее и менее прозрачными, оставляя, с одной стороны, достаточное количество дневного света для сохранения нормальной инсоляции помещений, а с другой — не допуская перегрева комнаты в жаркое время года.

Смарт-стекло до включения (вверху) и после (внизу) (фото Википедии) 

Кроме того, смарт-стекло позволяет уменьшить потери тепла зимой, снижая обратную прозрачность при превышении потока инфракрасной радиации, уходящего из помещения, и даже заменять жалюзи и механические затеняющие экраны (шторы). Наконец, в прозрачном состоянии электрохромное смарт-стекло не пропускает ультрафиолетового излучения (если в нём заложена такая особенность).  

Основные недостатки смарт-стекла — стоимость, в два-три раза превышающая цену аналогичного по площади обычного стекла, и необходимость использования электрического напряжения для изменения прозрачности. По оценке Чжи Сян Вэя, со дороговизной можно примириться, ибо смарт-стекло заменяет собой жалюзи и снижает затраты на кондиционирование и отопление. Поэтому он взялся за ликвидацию другого минуса — энергопотребления.

Его разработка — энергонакапливающее смарт-стекло (energy storage smart window, ESS window) — использует волокна из относительно дешёвого проводящего полимера полианилина, который способен быть не только электрохромным материалом (менять светопропускающую способность при приложении напряжения), но и действовать в качестве суперконденсатора. Волокна полианилина, погруженные в стекле в токопроводящий гель, вместе образуют два электрода. По мере роста освещённости смарт-стекло сначала накапливает электроэнергию, действуя как фотоэлемент (хотя и с небольшим КПД), а затем, когда ёмкость суперконденсаторов переполняется, начинает менять светопропускающую способность стекла, постепенно уменьшая её. Если энергия стекла используется каким-то потребителем в помещении (например телевизором), то затемнения не происходит, поскольку суперконденсатор не переполняется. Однако если такое смарт-стекло не подключать в сеть, оно быстро превысит свою накапливающую ёмкость и начнёт снижать поток солнечной энергии, поступающей в помещение, не требуя при этом никакого стороннего электропитания.

Кстати, фотоэлементная полимерная подложка смарт-стекла обещает быть более долговечной, чем обычно, поскольку электрохромный слой изначально защищает органику от разрушения УФ-лучами.

Полимерная природа полианилина и его гибкость, по словам разработчиков, позволяют внедрять его даже в здания, не оборудованные первоначально смарт-стёклами: ведь новое смарт-стекло можно скручивать, если в нём нет нужды, и вновь разворачивать при слишком жаркой либо холодной погоде, минимизируя теплопотери здания без дополнительных затрат электричества.

Соответствующая работа была опубликована в журнале Energy & Environmental Science.