Παράθυρα που... παράγουν ενέργεια...

Πώς οι βαφές που χρησιμοποίησε ομάδα του Τεχνολογικού Ινστιτούτου της Μασαχουσέτης (MIT) μετέτρεψαν ένα τζάμι σε ηλιακό συλλέκτη και γιατί αυτό φέρνει πραγματική επανάσταση στην ηλιακή ενέργεια!
Φανταστείτε το παράθυρο του σπιτιού σας. Προς το παρόν, το χρησιμοποιείτε είτε για να πάρετε αέρα είτε για να απολαύσετε τη θέα. Σε αυτές τις χρήσεις, στο μέλλον, θα προστεθεί μία ακόμη, πολύ σημαντική για το περιβάλλον: το παράθυρο θα παράγει ενέργεια από το ηλιακό φως!
Σε αυτή την ανακάλυψη προέβη μια ομάδα επιστημόνων από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης (MIT). Με επικεφαλής τον καθηγητή Μαρκ Μπάλντο, η ομάδα ανακάλυψε μια πρωτοποριακή τεχνική που μετατρέπει τα τζάμια σε ηλιακούς συλλέκτες.

Παγιδεύουν την ηλιακή ακτινοβολία
Οπως εξηγεί ο καθηγητής Μπάλντο στο ΟΙΚΟ, «πρόκειται για ένα επίπεδο κομμάτι γυαλιού επιστρωμένο με ένα μείγμα δύο ή περισσότερων οργανικών βαφών. Το φως εισέρχεται στην επιφάνεια και «χτυπάει» στις βαφές. Οι βαφές το απορροφούν, συλλέγουν τις ηλιακές ακτίνες και τις τροποποιούν, ώστε να έχουμε τις μικρότερες δυνατές ενεργειακές απώλειες. Στην ουσία, τις εγκλωβίζουν. Ετσι, το φως μεταφέρεται διαμέσου της γυάλινης επιφάνειας στις ηλιακές κυψέλες που υπάρχουν μόνο στις άκρες».
Το συγκριτικό πλεονέκτημα που έχει ο νέος αυτός τύπος ηλιακού συλλέκτη είναι ότι οι πανάκριβες ηλιακές κυψέλες -οι οποίες αποτελούν ημιαγωγούς που μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ενέργεια- βρίσκονται στις άκρες μόνο και όχι σε όλη την επιφάνεια του συλλέκτη.
Η ιδέα πάνω στην οποία βασίστηκε η ανακάλυψη υπήρχε από τη δεκαετία του '70, όταν κατασκευάστηκαν ηλιακοί συλλέκτες, το πλαστικό των οποίων είχε διαποτιστεί με βαφές. Ομως, οι κατασκευές αυτού του τύπου εγκαταλείφθηκαν γρήγορα, γιατί μεγάλες ποσότητες του φωτός που περισυλλεγόταν χάνονταν στην πορεία και δεν μπορούσαν να φτάσουν στις άκρες του συλλέκτη.
«Πήραμε την ιδέα και την εξελίξαμε», λέει ο καθηγητής. «Το πρόβλημα που υπήρχε με τις συσκευές του '70 ήταν ότι αρκετά από τα φωτόνια δεν έφταναν στις άκρες. Ετσι, επωφελούμενοι από την πρόοδο που έχει γίνει στα laser, αποφασίσαμε να «δανειστούμε» μια τεχνική των laser». Το αποτέλεσμα; Ενα μείγμα βαφών σε συγκεκριμένες αναλογίες τοποθετημένες μόνο στην επιφάνεια του γυαλιού, που επιτρέπει τον έλεγχο της απορρόφησης και εκπομπής του φωτός.



1. Ο επικεφαλής της έρευνας Μαρκ Μπάλντο και ο καθηγητής Σάλομ Γκόφρι (μεταδιδακτορικός συνεργάτης του MIT Research Laboratory of Electronics) επιδεικνύουν με καμάρι τις γυάλινες επιφάνειες του νέου ηλιακού συλλέκτη.
2. Οι ηλιακοί συλλέκτες μπορούν να απορροφήσουν διαφορετικά χρώματα του φωτός. Το φως συγκεντρώνεται στη γυάλινη επιφάνεια και απορροφάται από τα ηλιακά στοιχεία που βρίσκονται στα άκρα, μειώνοντας έτσι την επιφάνεια που απαιτείται για την τοποθέτηση των ηλιακών στοιχείων και συνεπώς το κόστος της ηλιακής ενέργειας.

Αναφερόμενος στο πώς ξεκίνησε αυτή η έρευνα, ο καθηγητής Μπάλντο εξηγεί: «Το κίνητρό μας ήταν να διαχωρίσουμε τις δύο λειτουργίες που έχουν οι ηλιακές κυψέλες. Ολες οι ηλιακές κυψέλες πρέπει, πρώτον, να απορροφήσουν το φως και, δεύτερον, να δημιουργήσουν ηλεκτρικό φορτίο. Σχεδόν σε όλες αυτές τις συσκευές, οι δύο λειτουργίες εκτελούνται από το ίδιο υλικό, τους λεγόμενους ημιαγωγούς. Συνεπώς, μια ηλιακή κυψέλη από πυρίτιο χρησιμοποιεί το τελευταίο για να απορροφήσει το φως αλλά και για να δημιουργήσει ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό που επιδιώξαμε ήταν να συνεχίσουμε να διατηρούμε τη χρήση του πυριτίου, προκειμένου να δημιουργήσουμε το ηλεκτρικό φορτίο, αλλά και να δοκιμάσουμε κάτι διαφορετικό για την οπτική λειτουργία. Ετσι, καταλήξαμε στις οργανικές βαφές».

Αποδοτικότεροι και φθηνότεροι
Ο ερευνητής Τζόναθαν Μάπελ που εργάστηκε στο πρότζεκτ λέει ότι «το κόλπο ήταν να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα της διαδικασίας, γεγονός που οδήγησε στο δεκαπλασιασμό της ποσότητας της ενέργειας που μετέτρεπαν τα ηλιακά κύτταρα».
Σήμερα, η ηλιακή ενέργεια θεωρείται μία από τις πιο καθαρές μορφές ενέργειας, αλλά ταυτόχρονα και από τις πιο ακριβές, γιατί προϋποθέτει την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών κυττάρων στις κατοικίες και στα κτίρια, που απαιτεί υψηλό κόστος. Με την ανακάλυψη, όμως, του νέου συλλέκτη εκτιμάται ότι το κόστος της ηλιακής ενέργειας θα μειωθεί πολύ. Κατ' αρχάς, διότι τα ηλιακά στοιχεία δεν θα καλύπτουν πλέον όλη την επιφάνεια του συστήματος του συλλέκτη, αλλά μόνο τις άκρες.
Σε περίπτωση που ο νέος συλλέκτης τοποθετηθεί στη στέγη, θα υπάρξει οικονομία χώρου -συνεπώς και χρημάτων-, καθώς η επιφάνεια που θα καταλαμβάνει θα είναι η μισή από εκείνη που καταλαμβάνουν οι συνηθισμένοι συλλέκτες.
Επειτα, οι υπάρχοντες ηλιακοί συλλέκτες πρέπει να ακολουθούν την πορεία του ήλιου στη διάρκεια της ημέρας, προκειμένου να παράγουν τη μεγαλύτερη δυνατή ενέργεια. Γι' αυτόν το λόγο, συχνά διαθέτουν κινητούς καθρέφτες, οι οποίοι είναι ακριβοί και η συντήρησή τους δύσκολη και χρονοβόρα. «Με το δικό μας σύστημα, αντικαθιστάς κάτι πολύ ακριβό -τις ηλιακές κυψέλες- με κάτι πολύ φθηνό - το επιστρωμένο με βαφή γυαλί. Στην ουσία, καταφέραμε να φτιάξουμε έναν ηλιακό συλλέκτη ο οποίος δεν θα χρειάζεται πλέον να ακολουθεί την πορεία του ήλιου!» αναφέρει ο Μάπελ.
Και τα προτερήματα συνεχίζονται: «Εάν προκύψουν ατέλειες στις συσκευές, τότε το πιθανότερο είναι να χάσουμε λίγο φως, αλλά δεν θα καταρρεύσει ολόκληρο το σύστημα, όπως συμβαίνει με τους συμβατικούς συλλέκτες. Οσο για τη βαφή, μπορεί να είναι και μια απλή βαφή αυτοκινήτου που είναι πάμφθηνη και μπορεί να κατασκευαστεί εύκολα», προσθέτει ο Μπάλντο.
Εάν κάποιοι θελήσουν να μειώσουν κι άλλο το κόστος, τότε μπορούν, αντί να βγάλουν τα υπάρχοντα ηλιακά συστήματα που έχουν, να προσθέσουν σε αυτά τον νέο συλλέκτη. Η απόδοση του συστήματος μετά την πρόσθεση του νέου συλλέκτη μπορεί να αυξηθεί κατά 50%. Εκτιμάται ότι το κόστος της εγκατάστασης θα είναι μικρό.
Ο νέος συλλέκτης αναμένεται να βγει στο εμπόριο σε τρία χρόνια. Ο Μάπελ, μαζί με άλλους επιστήμονες, έχει ήδη ιδρύσει μια εταιρεία, ώστε να τον εξελίξουν περαιτέρω.

ΠΩΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ Ο ΗΛΙΑΚΟΣ ΣΥΛΛΕΚΤΗΣ ΤΟΥ ΜΙΤ
Ο ηλιακός συλλέκτης του MIT περιέχει ένα μείγμα από δύο ή περισσότερες βαφές που καλύπτει μια γυάλινη επιφάνεια, εν προκειμένω το παράθυρο. Το φως του ήλιου πέφτει πάνω στη γυάλινη επιφάνεια και απορροφάται από τα μόρια των βαφών. Επειτα μεταφέρεται κατά μήκος του γυαλιού μέχρι που συλλαμβάνεται από τα ηλιακά κύτταρα υψηλού βολτάζ που βρίσκονται στις άκρες της γυάλινης επιφάνειας, τα οποία παράγουν ενέργεια.

Πηγή: Περιοδικό Οίκο της Καθημερινής-ΝΑΤΑΣΑ ΣΙΝΙΩΡΗ