Zgârie-norii care se înalță spre cer ar putea deveni, în curând, mai mult decât simple structuri de sticlă și oțel. O echipă de oameni de știință din China a dezvoltat o tehnologie care promite să transforme fiecare fereastră într-o sursă de energie curată, fără a compromite priveliștea.
Cercetătorii de la Universitatea Nanjing au creat o peliculă complet transparentă care, odată aplicată, transformă orice panou de sticlă într-un colector solar eficient. Prototipul lor, deși modest în dimensiuni, deschide calea către o revoluție energetică: dacă tehnologia ar fi aplicată la scară globală, am putea genera terawați de energie verde.
Cum funcționează aceste panouri solare invizibile
Secretul stă într-un „concentrator solar incolor și unidirecțional de tip difractiv” (CUSC). Această peliculă inteligentă nu blochează lumina, ci redirecționează o parte din fotonii solari către marginile ferestrei. Acolo, celule fotovoltaice discrete îi captează și îi transformă în electricitate, în timp ce restul spectrului luminos trece nestingherit, iluminând încăperea.
„Designul CUSC reprezintă un pas înainte în integrarea tehnologiei solare în mediul construit, fără a sacrifica estetica. Reprezintă o strategie practică și scalabilă pentru reducerea emisiilor de carbon și autosuficiența energetică.”, a explicat inginerul optic Wei Hu.
Conform echipei, noua peliculă depășește opțiunile existente prin transparență, scalabilitate și eficiență, permițând trecerea a 64,2% din lumina vizibilă și menținând o acuratețe a culorilor de 91,3%.
Materialul din spatele inovației este un ansamblu de cristale lichide colesterice (CLC). Prin suprapunerea mai multor straturi, pelicula devine capabilă să interacționeze cu întregul spectru luminos. În mod esențial, tehnologia captează doar o singură polarizare a luminii – unul dintre modurile multiple în care aceasta se propagă – permițând ferestrei să își păstreze funcționalitatea primară.
„Prin proiectarea structurii filmelor de cristale lichide colesterice, creăm un sistem care difractează selectiv lumina polarizată circular, ghidând-o în ghidul de undă din sticlă la unghiuri abrupte”, a adăugat inginerul optic Dewei Zhang.
De la prototip la realitate: performanța noilor panouri solare invizibile
Performanța este promițătoare. În teste de laborator, folosind lumină laser verde, tehnologia a captat și transformat 38,1% din energia disponibilă. În scenarii realiste, sub întregul spectru solar, eficiența globală a procesului a fost de 18,1%. Echipa a demonstrat deja potențialul cu un prototip de 2,5 cm, capabil să alimenteze un mic ventilator. Extrapolând, o fereastră de dimensiuni normale ar putea genera o cantitate substanțială de electricitate.
Deși pelicula poate fi aplicată pe ferestre obișnuite, deschizând calea către o posibilă comercializare, drumul este încă lung. Stabilitatea materialului, procesul de fabricație și, mai ales, eficiența conversiei finale a energiei solare în electricitate utilizabilă trebuie îmbunătățite. În prezent, această cifră se situează la un nivel relativ scăzut de 3,7%, un punct de plecare pentru viitoare optimizări.
„Pentru a crește producția, trebuie luate în considerare mai multe îmbunătățiri ale materialelor și procedurilor”, concluzionează cercetătorii în studiul lor, publicat în revista PhotoniX. Inovația lor, însă, a deschis deja o fereastră către un viitor mai luminos și mai sustenabil.
📌 Detalii despre studiu
- Titlu: Colorless and unidirectional diffractive-type solar concentrators compatible with existing windows
- Publicat în: PhotoniX, 28 iulie 2025
- Autori: Dewei Zhang, Zhenghao Guo, Chun-Ting Xu, Jianqing Li, Yan-Qing Lu & Wei Hu
- Instituţii: Nanjing University, National Laboratory of Solid State Microstructures; Jiangsu Physical Science Research Center; Wujin-NJU Institute of Future Technology
- Metodologie:
- Coating pe sticlă arhitecturală cu straturi de **cholesteric liquid crystal (CLC)** cu aliniere submicronică laterală pentru grătare difractive unidirecţionale; stacking de straturi cu pitch diferit pentru acoperire largă spectrală vizibilă.
- Dispozitiv prototip de ~1 inch diametru; testare în exterior pentru a alimenta un ventilator de 10 mW; proiecţii teoretice pentru ferestre de ~2 m lăţime cu factor de concentrare solară de ~50×.
- Măsurători de transmisie vizibilă, indice de redare a culorii (CRI), claritate vizuală, stabilitate în condiţii ambientale.
- Rezultate cheie:
- Transmisie vizibilă ridicată (AVT ~64.2 %) pentru lumină incidentă normală; CRI ~91.3 pentru vizibil, mantenere peste ~85.5 la ± 60° unghi de incidentă.
- Eficienţă fotovoltaică estimată (PCE) ~3.7 % pentru prototip, cu densitate curentului scurtcircuit ~7.0 mA/cm², tensiune deschidere ~0.65 V, factor de umplere ~80 %.
- Stabilitate bună: după ~1.500 ore sub iluminare continuă albă LED la 25 °C şi ~60 % umiditate, performanţa rămâne aproape de 95 % din valoarea maximă.
- Designul permite reducerea semnificativă a numărului de celule fotovoltaice necesare (doar pe margini), integrare uşoară cu ferestre existente şi estetică păstrată (fără colorare sau hazy vizual).
