مقاله تحلیلی: آیا طراحی نوین پنجره‌ ها می‌تواند سبب تولید انرژی شود؟

 در حال حاضر انرژی مصرفی ساختمان‌های مدرن در کشورهای توسعه یافته حدود 40 در صد است که دوسوم آن مربوط به بخش گرمایش و سرمایش است. بااین‌حال، در طول سال‌ها در راستای تلاش‌هایی که برای مؤسسات تحقیقاتی برای کاهش مصرف انرژی و هم‌چنین کاهش هزینه‌ها انجام داده‌اند، طرح‌های ابتکاری برای پنجره‌ها ارائه شد.

یکی از نوآوری‌های اخیر در این بخش که توسط یکی دانشکده‌های دانشگاه لندن (UCL) ارائه شد، طراحی پنجره‌هایی است که به‌صورت هوشمند سبب صرفه‌جویی در انرژی می‌شوند. در مرحله طراحی این پنجره‌ها آزمایش‌های متعددی انجام‌شده و یا هنوز در حال انجام است. برای این‌که این پنجره‌ها دارای ویژگی ضد بازتاب باشند، از نانو ساختارهایی در ساخت آن‌ها استفاده شده که سبب می‌شوند انعکاس نور تابیده‌شده به یک اتاق حتی تا کمتر از 5 در صد کاهش پیدا کند. در طراحی این نانو ساختارها از خصوصیت ضد بازتابی که در حشرات خاصی مثل پروانه‌ها وجود دارد، الهام گرفته شده است. این پنجره‌ها توسط لایه‌ای نازک از دی‌اکسید وانادیوم پوشیده شده‌اند که سبب می‌شود در روزهای سرد گرمای درون به بیرون راه پیدا نکند و در روزهای گرم مانع ورود اشعه مادون‌قرمز نور خورشید به داخل ساختمان می‌شود.

این نانو ساختارها هم‌چنین به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که چسبندگی آب به پنجره را کاهش می‌دهند مثل قطره‌های باران که از روی شیشه سرازیر می‌شوند، این ویژگی سبب می‌شود تا گردوغبار و خاک از روی پنجره‌ها شسته شود. هدف کلی این طرح که بخشی از بودجه آن توسط مرکز تحقیقاتی علوم فیزیکی و مهندسی (EPSRC) تأمین شده است، این است که مصرف انرژی، هزینه‌های تمیز کردن پنجره‌ها و هزینه‌های گرمایشی تا 40 در صد کاهش یابد.

تیم تحقیقاتی UCL که توسط دکتر لونیس پایاکنستانتینو رهبری می‌شود، امیدوار است که این پنجره‌ها طی سه تا پنج سال آینده به‌صورت تجاری در دسترس عموم قرار بگیرند. این تیم به‌طور هم‌زمان در پی این است که نوارهای پلیمری هوشمندی را تولید کند که بتوان آن‌ها را روی پنجره‌های معمولی نصب کرد تا در هزینه‌های تمیز کردن و انرژی صرفه‌جویی شود.

این پنجره‌ها هم‌چنین در حال تولید انرژی الکتریکی به‌واسطه پوشش‌هایی هستند که انرژی‌های تجدید ناپذیر تولید می‌کنند. یکی از شرکت‌هایی که به تولید چنین پنجره‌هایی می‌پردازد، شرکت فن‌آوری پنجره‌های خورشیدی (Solar Window Tevhnologies) است. هدف این شرکت این بود که پنجره‌هایی تولید کنند که بتوانند انرژی تولید کنند و بازگشت سرمایه آن در طی یک سال صورت بگیرد. در ماه آگوست، شرکت Solar Window اعلام کرد که این پنجره‌های جدید می‌توانند 50 برابر میزان انرژی تولیدشده توسط پانل‌های خورشیدی در هر ساختمان و هم‌چنین پوشش‌هایی که انرژی تولید می‌کنند و روی پنجره‌های موجود نصب می‌شوند (ساخته‌شده از مواد آلی مانند کربن، هیدروژن، نیتروژن و اکسیژن)، انرژی تولید کنند. این پوشش‌ها به‌منظور محافظت از سلول‌های خورشیدی باید در سمت داخلی پنجره نصب شوند. این پوشش‌ها به‌واسطه تعدادی سیم نامرئی به تولید انرژی می‌پردازند.

 Solar Window تنها شرکتی نیست که روی چنین طرح‌هایی کار می‌کند. محققان دانشگاه ایالت میشیگان قبل از آگوست سال 2014 پنجره‌هایی کاملاً شفاف را طراحی کردند که قادرند انرژی تولید کنند. این پنجره‌ها عملکردی مشابه سلول‌های پانل‌های خورشیدی دارند و شبیه نمونه‌های مشابه شرکت Solar Window هستند و به‌منظور استفاده در مجتمع‌های آپارتمانی در شهرهای مختلف ایالت متحده آمریکا تولید شدند. این طرح با هدایت پروفسور ریچارد لونت، استاد مهندسی شیمی دانشگاه میشیگان اجرا شد.

عملکرد این پنجره‌ها به‌گونه‌ای است که بخش نامرئی از طیف نور خورشید را جذب می‌کنند و مانع ورود آن به داخل می‌شوند. درصورتی‌که نور مرئی را از خود عبور می‌دهد. برخلاف دیگر پنجره‌های خورشیدی که نیمه شفاف هستند. به همین دلیل پانل‌های خورشیدی معمولی که انرژی تولید می‌کنند، نیاز به جذب فوتون دارند تا بتوانند آن‌ها را به الکترون تبدیل کنند. این به معنای این است که تولید یک سلول از پانل‌های خورشیدی به‌صورت کاملاً شفاف اساساً غیرممکن است. برای این‌که یک پنجره بتواند مانند پانل‌های خورشیدی عمل کند لازم است حداقل مقداری نور توسط پنجره جذب شود و این یعنی پنجره در بهترین حالت تا حدی می‌تواند شفافیت داشته باشد.

دانشگاه ایالت میشیگان به رویکرد متفاوتی در این زمینه دست یافته است: این محققان تمرکز بازتاب خورشید را از طریق استفاده از نمک آلی بهبود بخشیدند. نمک آلی سبب می‌شود تا طول موج‌های به خصوصی از اشعه ماوراءبنفش و نور مادون‌قرمز جذب شود. طول موج‌های نور مادون‌قرمز به سمت زاویه‌های پنجره که پانل‌های خورشیدی معمولی هستند هدایت می‌شوند، نوارهای پلاستیکی مشکی که در زاویه‌ها قرار دارند این امواج را به الکتریسیته تبدیل می‌کنند.

در حال حاضر بازدهی روش آخر تنها در حدود یک در صد است، اما محققان امیدوارند بتوانند بازدهی این روش را با تولید انبوه افزایش دهند. از این روش می‌توان در ساختمان‌های بلند و یا در مقیاسی کوچک‌تر در صفحه‌نمایش دستگاه‌های تلفن همراه استفاده کرد.

برخی از پنجره‌های تولیدکننده انرژی می‌توانند دمای هوای داخل ساختمان را کاهش دهند، به‌عبارت‌دیگر عملکرد سرمایشی دارند.  Solaria در حال توسعه و بهبود پنجره‌هایی است که نوارهای 5/2 میلی‌متری از جنس پانل‌های خورشیدی روی شیشه‌ها نصب می‌شوند که نه‌تنها انرژی تولید می‌کند بلکه ضریب افزایش حرارت را کاهش می‌دهند، به‌عبارتی‌دیگر اثر نور خورشید را بر دمای داخلی ساختمان را کاهش می‌دهند.

در حال حاضر بسیاری از این نوع پنجره‌ها هنوز هم در حال آزمایش و بهبود هستند و مراحل ابتدایی را می‌گذرانند.

بااین‌وجود، اگر این طرح از پنجره‌ها بتوانند به تولید انرژی به‌صورت مؤثر و کارآمد بپردازند، گامی به سمت جلو در راستای ساخت ساختمان‌هایی که بتوانند انرژی مصرفی خود را تولید کنند، هم‌چنین صرفه‌جویی در انرژی و هزینه‌ها و کاهش تولید کربن، برداشته می‌شود.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.