Ngành công nghiệp

Các thiết kế cửa sổ mới có thể giúp các tòa nhà tự tạo ra năng lượng không?

Các thiết kế cửa sổ mới có thể giúp các tòa nhà tự tạo ra năng lượng không?

Cửa sổ tòa nhà văn phòng [Ảnh: C P Storm, Flickr]

Các tòa nhà hiện đại hiện chiếm khoảng 40% năng lượng tiêu thụ ở các nước phát triển, trong đó 2/3 có thể là do sưởi ấm và làm mát. Tuy nhiên, trong những năm qua, một số thiết kế cửa sổ sáng tạo đã xuất hiện như một phần trong nỗ lực chung của ngành năng lượng và các tổ chức nghiên cứu nhằm cắt giảm sử dụng năng lượng và giảm chi phí.

Một trong những cải tiến gần đây nhất là ‘cửa sổ thông minh’ tiết kiệm năng lượng được phát triển bởi Đại học College London (UCL). Thiết kế này, vẫn còn rất nhiều trong giai đoạn thử nghiệm, kết hợp tính năng chống phản xạ bao gồm các cấu trúc nano giúp giảm lượng ánh sáng phản xạ xung quanh phòng xuống dưới 5%. Các cấu trúc nano được sắp xếp theo mô hình mô phỏng chất lượng chống phản chiếu được tìm thấy ở một số loài côn trùng như bướm đêm, do đó giúp giảm độ chói. Các cửa sổ cũng có một lớp phủ vanadi dioxide mỏng giúp ngăn nhiệt thoát ra khỏi tòa nhà vào những ngày lạnh giá đồng thời ngăn sự xâm nhập của bức xạ hồng ngoại từ ánh sáng mặt trời vào những ngày ấm áp.

Các cấu trúc nano cũng đã được thiết kế để giảm độ bám dính của nước, chẳng hạn như những giọt nước mưa có xu hướng lăn khỏi kính, thu gom bụi và chất bẩn khi chúng làm vậy, khiến cho các cửa sổ có thể tự làm sạch một phần. Mục tiêu chung của dự án, được tài trợ bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kỹ thuật (EPSRC), là tiết kiệm năng lượng sử dụng, cắt giảm chi phí vệ sinh và giảm 40% hóa đơn sưởi ấm.

Nhóm nghiên cứu của UCL, do Tiến sĩ Ioannis Papakonstantinou đứng đầu, hy vọng rằng những cửa sổ này sẽ có sẵn trên thị trường trong vòng 3-5 năm tới. Trong khi đó, nhóm nghiên cứu cũng đang hướng tới việc phát triển một màng polyme thông minh có thể được lắp đặt trên các cửa sổ hiện có để mang lại hiệu ứng tự làm sạch và tiết kiệm năng lượng tương tự.

Cửa sổ cũng đang được sản xuất với các lớp phủ tạo điện để tạo ra năng lượng tái tạo. Một công ty sản xuất những thiết kế như vậy là SolarWindow Technologies, công ty đã thông báo rằng họ đã thử nghiệm một sản phẩm như vậy vào tháng 3 năm ngoái. Mục đích của công ty là phát triển một cửa sổ có thể tạo ra năng lượng, mang lại lợi tức đầu tư trong vòng một năm. Vào tháng 8, SolarWindow thông báo rằng cửa sổ mới của họ có thể tạo ra lượng điện năng cao gấp 50 lần lượng điện năng được sản xuất bởi các tấm pin mặt trời thông thường trên mỗi tòa nhà cũng như sản xuất các lớp phủ tạo năng lượng cho các cửa sổ hiện có làm bằng vật liệu hữu cơ như carbon, hydro, nitơ và oxy. Các lớp phủ này sẽ phải được lắp đặt bên trong cửa sổ để bảo vệ các tế bào năng lượng mặt trời. Năng lượng sẽ được tạo ra bởi một số dây "vô hình" bên trong lớp phủ.

[Hình ảnh: SolarWindow Technologies]

SolarWindow không phải là những người duy nhất làm việc với những thiết kế như vậy. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Michigan đã tạo ra một cửa sổ tạo ra năng lượng hoàn toàn trong suốt vào tháng 8 năm 2014. Cửa sổ này hoạt động giống như một pin năng lượng mặt trời và giống như sản phẩm của SolarWindow, được thiết kế cho các tòa nhà cao tầng như khu văn phòng và chung cư ở các thành phố của Hoa Kỳ. Nghiên cứu đang được thực hiện bởi công ty khởi nghiệp MIT Ubiquitous Energy, đồng sáng lập bởi Richard Lunt, trợ lý giáo sư về kỹ thuật hóa học và khoa học vật liệu tại Đại học Bang Michigan. Cách thức hoạt động của cửa sổ là nó thu thập phần không nhìn thấy được của quang phổ mặt trời trong khi cho phép ánh sáng nhìn thấy đi qua, không giống như các 'cửa sổ mặt trời' khác chỉ 'trong suốt một phần', do thực tế là việc tạo ra điện mặt trời thông thường đòi hỏi sự hấp thụ của các photon để chuyển chúng thành các electron. Điều này có nghĩa là việc tạo ra một tế bào PV hoàn toàn trong suốt về cơ bản là không thể. Nếu một cửa sổ cố gắng làm theo cách tiếp cận PV, một số ánh sáng ít nhất phải được cửa sổ hấp thụ, làm cho nó chỉ trong suốt một phần tốt nhất.

Đại học Michigan State và Ubiquitous Energy đã theo một cách tiếp cận khác, trong đó họ đã phát triển một "bộ tập trung năng lượng mặt trời phát quang trong suốt" (TLSC) bao gồm các muối hữu cơ hấp thụ các bước sóng cụ thể của tia cực tím và tia hồng ngoại. Sau đó, chúng được phát quang như một bước sóng ánh sáng hồng ngoại khác, không nhìn thấy được, được dẫn hướng về phía mép cửa sổ nơi các dải vật liệu PV thông thường, có thể nhìn thấy dưới dạng dải đen dọc theo mép của tấm nhựa, chuyển nó thành điện năng.

XEM CŨNG: Những ngôi nhà Net Zero siêu tiết kiệm năng lượng của Canada

Hiện tại, TLSC chỉ có hiệu suất khoảng 1%, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng điều này có thể tăng lên khi sản xuất hàng loạt. Điều này sau đó có thể được sử dụng cho các cửa sổ trong các tòa nhà cao tầng hoặc ở quy mô nhỏ hơn, cho các màn hình hiển thị cho thiết bị di động.

Nói cách khác, một số cửa sổ tạo ra năng lượng có thể làm giảm nhiệt độ không khí bên trong tòa nhà, mang lại hiệu quả làm mát. Solaria đang phát triển một cửa sổ kết hợp các dải PV 2,5 mm được nhúng vào kính cửa sổ, không chỉ tạo ra năng lượng mà còn làm giảm "hệ số tăng nhiệt mặt trời", tác động của ánh sáng mặt trời lên nhiệt độ bên trong.

Những đổi mới này sẽ hiệu quả như thế nào khi chúng gia nhập thị trường, giả sử chúng được thương mại hóa thành công, vẫn còn phải xem. Hiện tại, hầu hết chúng vẫn đang được thử nghiệm và phát triển và lĩnh vực ngách này vẫn còn rất sơ khai.

Tuy nhiên, nếu các thiết kế cửa sổ có thể được sản xuất để tạo ra năng lượng hiệu quả và hiệu quả, thì đó sẽ là một bước nữa hướng tới việc các tòa nhà có thể tự sản xuất năng lượng hoàn toàn, phân phối năng lượng tại địa phương nhiều hơn, tiết kiệm năng lượng và chi phí và giảm lượng khí thải carbon.

Nó có thể khá thú vị - nếu nó hoạt động.


Xem video: 12 điều kỳ lạ ở Hàn Quốc có thể khiến du khách ngỡ ngàng (Tháng Sáu 2021).