Enerji Üreten Camlar: “Termokromik Fotovoltaik” Teknolojisi

Kasım 2, 2020Kasım 2, 2020 admin 0 yorum güneş enerjisi, termokromik fotovoltaik

Termokromik Fotovoltaik teknolojisi insanlar güneş enerjisinden hem yararlanmak hem de güneş ışınlarından gözlerini korumak için yapılan çalışmalardan birisir. Gözlük kullanan insanlar için yaz aylarında gözlerini güneşten korumak biraz zahmetli olabiliyordu. Yanlarında ekstra olarak güneş gözlüğü taşımak zorunda kalıyorlardı ki bu da, göz numarası yüksek olan bireyler için sağlıklı olmayan bir durumdur. Diğer çözüm ise iki farklı numaralı gözlük bulundurmaktır bu da elbette hem zahmetli hem de biraz pahalı olmaktadır. Bunun en güzel çözümü yeni cam teknolojisi olmuştur. İç mekanlarda ve geceleri şeffaf olan camlar güneş ışığına maruz kaldıkça karararak güneş gözlüğü haline gelerek insanların hayatlarını kolaylaştırmaktadır. Termokromik Fotovoltaik teknolojisinin ortaya çıkışının temeli bu camlara dayanmaktadır.
ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı (NREL) tarafından ısındığında renk değiştiren camlar ile elektrik enerjisi üretilebilen pencereler geliştirildi. Gelişen yeni teknoloji, şeffaf güneş paneli ve fotokromik cam teknolojisi olarak iki farklı sistemin birleştirilmesiyle oluşturulmuştur.

NREL araştırmacısı Lance Wheeler, perovskite tabanlı pencere teknolojisi örneklerine sahiptir. Fotoğraf: Dennis Schroeder, NREL

Teknolojinin Çalışma Mekanizması

Termokromik Fotovoltaik, tesadüfen keşfedilmiş bir teknolojidir. Bu teknoloji perovskit adı verilen malzemelere dayanmaktadır. Bilim adamları, bir pencere şeffaf formdan, koyulaşan forma dönüşürken elektrik üretmek için cam katmanların arasına perovskitler yerleştirmiştir. Perovskit, güneş ışığını elektriğe dönüştürmekte oldukça etkili bir malzemedir. Perovskit kristallerini verimli bir şekilde kullanan kristal yapılar günümüzün ultrason makinelerinde, bellek yongalarında ve artık güneş pillerinde bulunabilir.
NREAL bilim adamları, ince bir perovskit filmi iki cam tabakası ve aralarına enjekte edilen buhar arasına sıkıştırdı. Buhar, perovskitin kendisini zincir bir tabakaya farklı şekillerde düzenlemesini sağlayan reaksiyonu tetikler. Güneş ışığı bu şeffaf cama çarptığında, camın kararmasına neden olan metilamin moleküllerini serbest bırakır. Cam kararmaya başlar ve karardıkça elektrik üretilir. Güneş ışınları azalıp kaybolmaya başladıkça moleküller yeniden emilir ve cam yeniden berraklaşır.

NREL’in ilk denemelerinde şeffaf ve kırmızımsı kahverengi arasındaki geçiş 150 – 175 derece Fahrenheit arasında gerçekleşebiliyordu. Daha sonraki çalışmalarda hem daha geniş renk seçeneği sunarken hem de sıcak bir günde kolayca ulaşılabilecek cam sıcaklığı olan 95 – 115 derece Fahrenheit arasında çalışır hale getirilmiştir. En yeni buluş, sayısız renk çalıştırabilen daha geniş sıcaklık aralığı sağlar. Bu sayede enerji verimliliğini arttırmak için tasarım seçeneğini artırarak hem mimarlara hem de kullanıcıya kolaylık sağlar.
Bu sürede araştırmacılar, farklı kimyasal malzemeler kullanarak berrak formdan koyu forma geçiş süresini azalttılar. Süre, 2017’de gösterilen kavram kanıtı termokromik fotovoltaik pencerede renk geçişi üç dakikadan yaklaşık olarak 7 saniyeye indirildi.

İşkence Testi

NREL’in dinamik pencere testi kordinatörü Erin Whitney ‘ in ” Biz buna işkence odamız diyoruz.” sözleriyle tabir ettiği odada camların kalite ve güvenirliliği test edilmektedir.
1980’lerden beri NREL, çeşitli pencere teknolojilerini test etti ve ‘Amerikan Society for Testing and Materials’ ile endüstri için teknik standartlar oluşturulmasını sağladı.
Burada araştırmacılar, 20.000 aydınlık-karanlık döngüsü veya 20 yıllık hizmet süresine eşdeğer bir süre içinde pencerelerini hızlandırılmış ayrışma odalarına koydu. Odanın koşulları, bir güneşin yoğunluğuna (veya güneşli bir günde Dünya’ya tipik olarak çarpan ışık miktarına) ve 80 santigrat dereceye göre ayarlanır. NREL işkence odasında test edilen birçok prototip testi geçememiş ve renk değiştirme özellikleri beklenenden daha erken bozularak kötü performans göstermiştir. NREL, test edilen tasarım arasından laboratuvar ile ortak bir araştırma anlaşması olan Sage Electrochromic tarafından geliştirilen teknolojinin performansını uygun gördü. Sage, sistem performansı arttıkça, üretim hacmi arttıkça ve üretim daha verimli hale geldikçe teknolojinin fiyatının ilerleyen 5 yıl içinde %70 düşeceğini tahmin ediyor.

Termokromik Fotovoltaik Teknolojisinin Özellikleri

– Camın koyulaşması için gereken sıcaklık aralığı 35 – 46 santigrat derecedir.
– Camın rengini değiştirmesi için sadece 7 saniye gibi kısa bir süreye ihtiyaç vardır.
– Güneş ışığı termokromik cama ne kadar doğrudan ve yoğun gelirse, cam o kadar koyulaşır.
– Termokromik fotovoltaik teknolojisi pencerelerin hem rengini değiştirmesini hem de güneş pili olarak enerji üretmesini sağlar.
– Yalıtımlı pencereler, birden çok cam katmandan oluşmaktadır.
– Elektrokromik pencereler, doğrudan güneş ışığının % 98′ ini engelleyebilir.
– NREL, tipik camlar 10 yıl garanti sunarken, yeni pencerelerin 20 yıl ve daha fazla performans sağlamasını hedefliyor.
– Elektrokromik pencereler, modern bir binaya başka bir elektrikli cihaz daha eklese de, tükettiklerinden çok daha fazla enerji tasarrufu yapmalıdırlar. 1.500 fit kare renk değiştiren cama (yaklaşık 100 pencere) güç vermek, 75 watt’lık bir ampulden daha az güç gerektirir.
– Teknolojinin pazara sunumu ile kullanımı daha da artacağı için yeni binalarda ısıtma, soğutma ve aydınlatma sistemleri daha küçük olacak bu sayede daha düşük inşaat maliyetine ve faturalarına vesile olur.
– Uygulanan voltajın polaritesi tersine çevrilmesi, iyonların orijinal katmanlarına geri dönmesini ve camın berraklaşmasını sağlar.
– Elektrokromik pencerelerin bilgisayar simülasyonu ile bina performansı; Soğutma için gereken elektrik tüketimini % 49′ a kadar düşürmek, en yüksek elektrik gücü talebini %16’ya kadar azaltmak ve aydınlatma maliyetini % 51’e kadar düşürmek.

Yeni Teknoloji Bize Ne Gibi Kolaylıklar Sağlıyor?

NREL Araştırmacısı Lance Wheeler (solda), laboratuvarın pencere teknolojisi program lideri Robert Tenent ile birlikte

– Geniş pencereli ve uzun süre güneş ışığına maruz kalan evlerin, yaz aylarında sıcaktan kavrulmalarını engelleyecek.
– Yaz aylarında güneş ışınlarından koruduğu için klimalara ihtiyaç azalacak ve elektrikten tasarruf yapmayı sağlar.
– Perovskite termokromik fotovoltaik pencereler, binaları enerji jeneratörlerine dönüştürebilir ve tüm enerji şebekelerine olan ihtiyaçlara katkı sağlayabilir.
– Hali hazırda yapılı binalarda ve az katlı yapılarda güneş panellerinde olduğu gibi çatı kullanılabilir. Tavan penceresi kullanarak bu teknolojiden yararlanılabilir.
– Pencerelerin en büyük potansiyel kullanımı ticari ve özellikle yüksek binalardır. Ticari binalar ve yüksek yapılı binalar çok fazla pencereye sahip oldukları için bu teknolojinin kullanımı için en uygun ortamı sunmaktadır.
– Termokromik fotovoltaik camları araç camlarında da kullanarak enerji üretimini arttırabiliriz.

Bilim adamları, termokromik fotovoltaik camların hızla popülerlik kazandığını ve şuan altyapı çalışmalarıyla beraber pahalı olsa da ileri de daha makul fiyatlarla evlerde, araçlarda ve iş yerlerinde karşımıza çıkacağını öngörüyor.