كشف فريق بحثي صيني عن ابتكار تقني جديد يتمثل في نوافذ شفافة قادرة على توليد الكهرباء من أشعة الشمس، من دون أن تؤثر على شكل المباني أو وضوح الرؤية من خلالها.
وأوضح الباحثون من جامعة نانجينغ أن الابتكار يقوم على تحويل النوافذ الزجاجية العادية إلى مولدات طاقة، من دون الحاجة إلى تغيير التصميم المعماري أو التأثير على المظهر الجمالي للمباني، ونُشرت النتائج، الأربعاء، بدورية «PhotoniX».
وتعتمد النوافذ الشمسية الشفافة على طبقات رقيقة عديمة اللون يمكن طلاؤها مباشرة على الزجاج العادي لتحويله إلى مصدر للطاقة النظيفة. وتتكون هذه الطبقات من البلورات السائلة الكولسترية، وهي مواد بصرية جرى تنظيمها بدقة على مستوى النانومتر. وتعمل على توجيه جزء من أشعة الشمس، وتحديداً الضوء الدائري الاستقطاب، نحو حواف الزجاج حيث تثبت الخلايا الشمسية الصغيرة لتحويله إلى كهرباء.
وضوح الرؤية
وبعكس التقنيات التقليدية المعتمدة على التبعثر أو الطلاءات الملونة، تتميز هذه الطبقات بأنها لا تؤثر على وضوح الزجاج أو لونه، ما يجعل النوافذ طبيعية وشفافة تماماً.
وفي الوقت نفسه، تستطيع تركيز الضوء الداخل بمقدار يصل إلى 50 مرة، وهو ما يسمح بتوليد قدر أكبر من الطاقة باستخدام عدد أقل من الخلايا الشمسية، وفق الدراسة.
ويشبه النظام «ممراً ضوئياً غير مرئي» داخل الزجاج، إذ تقوم الطبقات الدقيقة بعكس وتوجيه الأشعة بشكل ذكي نحو الحواف، من دون أن يلاحظ شاغلو المبنى أي تغيير في الرؤية أو كمية الضوء النافذ. وبهذه الطريقة يتحول الزجاج من مجرد عنصر معماري عادي إلى سطح نشط قادر على إنتاج الطاقة النظيفة باستمرار.
ويتميز التصميم بقدرته على تركيز الضوء بكفاءة عالية مع الحفاظ على شفافية الزجاج بنسبة 64.2 في المائة، إضافة إلى جودة ألوان مرتفعة بمعامل تجسيد لوني بلغ 91.3 في المائة.
وأظهرت التجارب أن نموذجاً أولياً بقطر بوصة واحدة نجح في تشغيل مروحة صغيرة بقدرة 10 ميلي واط باستخدام ضوء الشمس فقط. كما أوضحت النماذج الحاسوبية أن نافذة بعرض مترين يمكنها تركيز الضوء بما يصل إلى 50 مرة، ما يقلل الحاجة إلى عدد الخلايا الشمسية بنسبة تصل إلى 75 في المائة.
ووفق الباحثين، فإن هذه النتائج تفتح المجال أمام دمج التقنية مع خلايا شمسية عالية الكفاءة لتعزيز إنتاج الطاقة.
وأضاف الفريق أن هذه الطبقات قابلة للتصنيع باستخدام تقنيات صناعية متقدمة مثل اللف على بكرات «Roll - to - Roll»، ما يسهل تعميمها تجارياً سواء في الأبنية الحديثة أو عبر إضافتها للنوافذ القائمة.
كما أثبتت التجارب استقرار الطلاءات تحت التعرض المستمر لأشعة الشمس، ما يجعلها مناسبة للاستخدام طويل الأمد بالمدن.
ويطمح الفريق البحثي لتطوير التقنية مستقبلاً لاستخدامها في البيوت الزجاجية الزراعية والشاشات الشفافة العاملة بالطاقة، بما يسهم في بناء مدن أكثر استدامة.
