Solarno staklo nevidljivo oku: Prozor koji tiho proizvodi struju

Kada smo pisali o integriranoj fotonaponici u članku BIPV - integrirana fotonaponika, spomenuli smo i poluprozirne fotonaponske panele koji se ugrađuju u prozore i staklene stijene, no naglasili smo da takvi paneli danas imaju znatno nižu učinkovitost od neprozirnih panela i da je njihova prozirnost tek djelomična - vidljiva tamnija nijansa ili uzorak jasno signaliziraju da je riječ o fotonaponskom elementu, a ne o običnom staklu.

Skupina istraživača sa Sveučilišta Michigan State, predvođena profesorom Richardom Luntom, u suradnji s tvrtkom Ubiquitous Energy koju je Lunt suosnovao, razvila je tehnologiju koja ide korak dalje - solarno staklo koje je od običnog prozora vizualno gotovo nerazlučivo. U ovom članku objašnjavamo kako ova tehnologija radi, gdje je dosad stvarno ugrađena te što realno znači za budućnost, uz jasnu napomenu da je riječ o dopunskoj, a ne zamjenskoj tehnologiji za klasične krovne solarne panele.

Kako staklo može biti prozirno, a opet proizvoditi struju

Kao što smo objasnili u vodiču Solarni paneli - kako sunce postaje struja?, klasični fotonaponski panel pretvara sunčevu svjetlost u struju tako što fotoni izbijaju elektrone iz atoma silicija, pokrećući tako električnu struju. Taj proces zahvaća širok dio sunčevog spektra, uključujući i vidljivu svjetlost, zbog čega klasični panel izgleda tamno i neprozirno - apsorbira svjetlost umjesto da je propušta.

Tehnologija koju su razvili Lunt i Ubiquitous Energy funkcionira na drukčijem principu. Umjesto da hvata cijeli spektar sunčeve svjetlosti, materijal ugrađen u staklo selektivno apsorbira isključivo nevidljive valne duljine - ultraljubičasto zračenje i blisko infracrveno zračenje - dok vidljivu svjetlost, onu koju ljudsko oko percipira, propušta gotovo u potpunosti. Rezultat je staklo koje izgleda kao standardan prozor, a istovremeno tiho pretvara nevidljivi dio sunčevog zračenja u upotrebljivu električnu energiju.

Prva instalacija na Sveučilištu Michigan State

Ova tehnologija prešla je iz laboratorija u stvarnu primjenu 2021. godine, kada je na zgradi Biomedical and Physical Sciences Building na kampusu Sveučilišta Michigan State ugrađeno stotinjak četvornih stopa, otprilike devet do deset četvornih metara, prozirnog solarnog stakla iznad glavnog ulaza u zgradu. Proizvedena energija dovoljna je za napajanje rasvjete u atriju zgrade.

Prema riječima Richarda Lunta, ova tehnologija uklanja kompromis između estetike i obnovljive energije - gotovo svaka površina zgrade ili okoliša teoretski može postati mali proizvođač energije, bez vizualnog signala da se to uopće događa. Miles Barr, izvršni tehnološki direktor tvrtke Ubiquitous Energy i Luntov suosnivač, ovu je instalaciju opisao kao važnu prekretnicu na putu prema široj primjeni prozirne solarne tehnologije.

Zašto je ovo prvi put da je netko to stvarno ugradio na zgradu

Vrijedno je istaknuti da je ova instalacija označila prvo postavljanje ove tehnologije na bilo koju zgradu na svijetu izvan same tvrtke Ubiquitous Energy i njezinih komercijalnih partnera, te ujedno i prvu takvu primjenu na bilo kojem sveučilištu. Ova činjenica govori nešto važno o tempu razvoja ovakvih naprednih tehnologija - Lunt i njegovi suradnici radili su na razvoju prozirne solarne tehnologije godinama prije nego što je uopće došlo do prve stvarne, javno vidljive instalacije na zgradi namijenjenoj svakodnevnoj upotrebi, a ne isključivo demonstracijskim ili istraživačkim svrhama.

Ovakav vremenski razmak između laboratorijskog razvoja i prve stvarne primjene tipičan je obrazac za nove fotonaponske tehnologije, sličan onome koji smo opisali i kod perovskitnih i tandemskih ćelija u našim ranijim člancima - proboj u laboratoriju gotovo nikad se ne pretače odmah u masovnu komercijalnu dostupnost, već prolazi kroz dugo razdoblje pilot projekata i postupnog usavršavanja prije nego što postane realna opcija za širu primjenu.

Trenutačna ograničenja tehnologije

Iako je koncept fascinantan, važno je zadržati realna očekivanja o trenutačnim mogućnostima ove tehnologije. Fizikalno ograničenje koje proizlazi iz same ideje - hvatanje isključivo nevidljivog dijela sunčevog spektra, dok se najintenzivniji, vidljivi dio svjetlosti namjerno propušta neiskorišten - znači da učinkovitost pretvorbe energije po četvornom metru ostaje znatno niža od klasičnih, neprozirnih panela, pa čak i od poluprozirnih BIPV rješenja koja smo opisali u ranijem članku, a koja apsorbiraju znatno veći dio dolaznog zračenja.

Osim toga, dosadašnja primjena ove tehnologije uglavnom je ograničena na pilot i demonstracijske projekte, poput spomenute instalacije na Sveučilištu Michigan State, a ne na široku, masovnu komercijalnu dostupnost. Ovo je tehnologija koja se tek probija iz faze dokazivanja koncepta prema stvarnoj, opsežnijoj primjeni, slično kao što smo opisali kod ranih faza drugih naprednih fotonaponskih tehnologija.

Gdje bi ova tehnologija mogla imati najviše smisla

Unatoč trenutačnim ograničenjima u učinkovitosti, potpuno prozirno solarno staklo ima jasno definiranu nišu u kojoj bi moglo naći svoju vrijednost - kao dopunska, a ne zamjenska tehnologija za klasične solarne panele. Kao što smo spomenuli u članku o integriranoj fotonaponici, zgrade postupno prelaze iz pasivnih objekata u aktivne energetske sudionike, gdje sve veći broj površina, ne samo krov, dobiva ulogu proizvođača energije.

Potpuno prozirno solarno staklo teoretski otvara mogućnost da upravo one površine koje danas ne proizvode apsolutno ništa - prozori uredskih nebodera, staklene fasade poslovnih zgrada, staklenici ili čak izlozi trgovina - počnu proizvoditi barem malu količinu energije, bez ikakvog utjecaja na njihovu primarnu funkciju propuštanja svjetlosti i pogleda. Za razliku od krovnih panela, gdje je cilj maksimizirati proizvodnju po dostupnoj površini, ovdje je cilj iskoristiti površinu koja inače ne bi generirala nikakvu energiju, čak i ako je prinos po četvornom metru skroman.

Realan vremenski okvir za Hrvatsku i Europu

Za sada, ova tehnologija ostaje u fazi američkih pilot projekata i suradnje između sveučilišta i specijalizirane tvrtke koja ju je razvila, bez konkretne komercijalne dostupnosti na europskom, a pogotovo hrvatskom tržištu. Put od prve pilot instalacije na jednoj sveučilišnoj zgradi do šire dostupnosti na europskom tržištu, uključujući regulatorne provjere, prilagodbu proizvodnje i izgradnju distribucijskih kanala, tipično traje niz godina, a konkretan vremenski okvir za realnu dostupnost u Hrvatskoj u ovom trenutku nije moguće pouzdano procijeniti.

Za vlasnike kuća i poslovnih objekata u Hrvatskoj koji danas razmišljaju o solarnoj energiji, poruka ostaje ista kao i kod svake nove, još nezrele tehnologije o kojoj smo pisali - ne treba čekati. Klasični, dokazani krovni fotonaponski sustavi, o kojima smo detaljno pisali u brojnim našim vodičima, i dalje predstavljaju jedini praktičan, isplativ i dostupan izbor za proizvodnju značajnih količina energije, dok tehnologije poput potpuno prozirnog solarnog stakla ostaju zanimljiv pogled u mogući, dopunski smjer razvoja industrije, a ne opciju koju bi itko trebao čekati umjesto da danas ugradi provjeren sustav.

Prozor kao budući proizvođač energije

Tehnologija potpuno prozirnog solarnog stakla, koju su razvili Richard Lunt i tvrtka Ubiquitous Energy, predstavlja fascinantan iskorak u fotonaponskoj industriji - staklo koje izgleda potpuno obično, a tiho proizvodi struju hvatajući isključivo nevidljivi dio sunčevog zračenja. Prva stvarna instalacija na Sveučilištu Michigan State pokazala je da koncept funkcionira u praksi, no niska učinkovitost i ograničena dostupnost znače da je riječ o tehnologiji koja je tek na samom početku svog puta prema široj primjeni.

Važno je jasno razumjeti da ova tehnologija danas, a vjerojatno i u doglednoj budućnosti, ne predstavlja zamjenu za klasične krovne solarne panele, već potencijalnu dopunu koja bi jednog dana mogla omogućiti da i staklene površine zgrada, danas potpuno neiskorištene u energetskom smislu, počnu proizvoditi barem dio energije koju te iste zgrade troše.