Inteligentne okna – sposób na oszczędności

Zaprezentowana przez badaczy szyba przyciemnia się automatycznie przy silnym nasłonecznieniu. W ten sposób zmniejsza się ilość światła i ciepła docierających do wnętrza domu. Latem to bardzo pożądany efekt, bo poprawia komfort korzystania z pomieszczeń i zmniejsza wydatki na klimatyzację.

Utrzymanie właściwej temperatury to stały problem w biurowcach, ale upał daje się we znaki także mieszkańcom domów jednorodzinnych. Dodatkowa energia podnosi temperaturę szczególnie w nowych budynkach, z modnymi dużymi przeszkleniami. Im lepszej klasy okna, tym mniejsze straty ciepła – w niektórych nowoczesnych willach byłoby gorąco jak w szklarni, gdyby nie zewnętrzne rolety, ciężkie zasłony i inne bariery chroniące przed słonecznymi promieniami.

Tak zwane inteligentne szyby przyciemniane elektrycznie są znane już od lat. Stosuje się je np. w samochodach i niektórych nowoczesnych budynkach. Rozwijane są różne technologie, wykorzystujące polimery ciekłokrystaliczne czy zjawisko elektrochromizmu, odwracalnych zmian optycznych zachodzących pod wpływem przepływu elektronów, a więc prądu.

Wspólną wadą dotychczas opracowanych produktów jest jednak spore zużycie energii. W praktyce wyklucza to powszechne zastosowanie automatycznie przyciemnianych szyb. Nie dość, że same w sobie są droższe od zwykłego szkła, to jeszcze wymagają zasilania a przede wszystkim specjalnej instalacji. Trudno je więc uznać za ekonomiczne rozwiązanie. Nawet jeśli wydatki na klimatyzację spadają po ich zastosowaniu znacząco, to w bilansie trzeba uwzględnić też dodatkowe zużycie elektryczności.

Krok naprzód

W porównaniu do wcześniej prezentowanych rozwiązań, nowe szyby mają fundamentalną zaletę – zasilają się same. Są właściwie przezroczystymi ogniwami fotowoltaicznymi. Co prawda, generowana przez nie moc jest niewielka, ale wystarcza do przyciemniania okien bez zasilania z zewnątrz.

Ogniwa działają w zakresie niewidocznym dla ludzkiego oka, więc na co dzień wnętrze nie będzie niedoświetlone. Wykorzystują promieniowanie z pogranicza ultrafioletu, które w zwykłych szybach jest po prostu blokowane. W ostrym świetle szyby stopniowo ciemnieją, blokując do 80 proc. promieni słonecznych. To zdaniem badaczy może ograniczyć wydatki na chłodzenie pomieszczeń o 40 proc.

Co ważne, ogniwa w postaci cienkiej powłoki mogą być nakładane na zwykłe szkło. Wykorzystano w tym celu organiczne półprzewodniki (cHBC).

Jak na razie technologia jest w fazie eksperymentalnej, wymaga jeszcze wielu ulepszeń zanim dojdzie do etapu komercyjnych zastosowań. Póki co wynalazcy zaprezentowali prototyp o powierzchni ok. 10 cm2 i generowanym napięciu rzędu 1,6V. Sprawność jest znacznie niższa niż w przypadku typowych ogniw fotowoltaicznych, ale kluczową cechą była przezroczystość, tymczasem zwykłe ogniwa krzemowe są czarne.

W dalszej perspektywie można sobie wyobrazić wiele praktycznych zastosowań tej technologii, jak choćby folia naklejana na szyby w domach, ulepszone okna w samochodach, autobusach i pociągach.

Ilość docierającego do wnętrza światła mogłaby być zmieniana przez użytkownika za pośrednictwem smartfona. Równie ważna jest możliwość zmniejszenia kosztów. Wystarczająco tani produkt byłby przebojem. A badacze za cel stawiają sobie opracowanie powłoki, którą można byłoby nakładać na już istniejące okna, bez drogich i pracochłonnych wymian całych skrzydeł.

Eksperymentalne szyby zostały zaprezentowane w czerwcu 2017. Ich twórcami są badacze z Princeton pracujący w zespole profesor Yueh-Lin (Lynn) Loo. Wyniki badań opisane zostały w magazynie Nature Energy (publikacja 30.06.2017).