ابتكار نوافذ ذكية للتحكم في درجة الحرارة والضوء داخل المنزل

استطاع العلماء التوصل إلى حل للتحكم في المناخ، وتقليص درجة الحرارة داخل المنزل عن طريق النوافذ الذكية، التي صنعت من خلايا شمسية شفافة موفرة، فضلا عن النوافذ المتاحة حاليا التي تستهلك 40% من الطاقة الحالية، ويصعب تركيبها، بسبب تطلبها لإمدادات طاقة جديدة.

وتستخدم النافذة التي تم تطويرها من قبل باحثين من جامعة برينستون، ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتوليد الكهرباء، والتي تعمل على التفاعلات الكيميائية التي تضيء أو تظلم الزجاج حسب الحاجة، إضافة إلى أنه في الليل، يمكن للنافذة منع أكثر من 80 % من الضوء.

وقال البروفيسور يويه لين لو، المؤلف الرئيسي للدراسة إن ضوء الشمس هو خليط من الإشعاع الكهرومغناطيسي تتكون من الأشعة فوق البنفسجية القريبة من الأشعة فوق البنفسجية، والضوء المرئي، والطاقة الأشعة تحت الحمراء، أو الحرارة. وأضاف لو "أردنا نافذة الذكية للتحكم بشكل حيوي في كمية الضوء الطبيعي والحرارة التي يمكن أن تأتي في الداخل، وتوفير أعلى تكلفة الطاقة وجعل الفضاء أكثر راحة".

وتسيطر النافذة الذكية على انتقال الضوء المرئي وحرارة الأشعة تحت الحمراء في المبنى، في حين أن نوع جديد من الخلايا الشمسية، يستخدم ضوء الأشعة فوق البنفسجية لتشغيل النظام. وأضاف البروفيسور لو "هذه التكنولوجيا الجديدة هي في الواقع الإدارة الذكية من الطيف بأكمله من أشعة الشمس.

وأشار لو إلى أن "استخدام الضوء القريب من الأشعة فوق البنفسجية، لتشغيل هذه النوافذ يعني أن الخلايا الشمسية يمكن أن تكون شفافة، وتحتل نفس البصمة من النافذة من دون التنافس لنفس النطاق الطيفي أو فرض القيود الجمالية والتصميم. والسيليكون الأسود الذي يصنع منها الخلايا الشمسية النموذجية داخل النافذة يتسبب في امتصاص كل الضوء المرئي وبعض الحرارة والأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها غير مناسبة لهذا التطبيق.

واستخدمت الدراسة أشباه الموصلات العضوية - مشتقات هيكسابينزوكورونين - لبناء الخلايا الشمسية، إذ يمكن تعديل هيكلها الكيميائي، لاستيعاب مجموعة ضيقة من الأطوال الموجية. وعندما تعمل الخلايا الشمسية، أشعة الشمس تثير أشباه الموصلات لإنتاج الكهرباء. وفي الوقت نفسه، شيد الباحثون نافذة ذكية تتكون من البوليمرات الكهربائية، التي تتحكم في اللون، ويمكن تشغيلها فقط باستخدام الطاقة التي تنتجها الخلايا الشمسية.

فعندما يولد ضوء الأشعة فوق البنفسجية من الشمس شحنة كهربائية في الخلية الشمسية، يتفاعل الإليكتروكروميك في النافذة، مما يتسبب في تغيير من النور النقي إلى الأزرق الداكن. وقال طالب الدكتوراه نيكولاس ديفي إن الهدف من هذه النافذة، هو خلق نسخة مرنة من نظام النافذة الذكية التي تعمل بالطاقة الشمسية، التي يمكن تطبيقها على النوافذ القائمة. وأضاف ديفي أنه يمكن لأي شخص أن يتحكم في هذه النافذة عن طريق تطبيقات على هاتفه الذكي.

وعلق كبير الباحثين العلميين جوزيف بيري في المختبر الوطني للطاقة المتجددة قائلًا "دمج الخلايا الشمسية في النوافذ الذكية يجعلها أكثر جاذبية لإعادة التهيئة، وليس عليك التعامل مع الطاقة الكهربائية بالإضافة إلى أن أداء جهدها جيد جدا".

والبروفيسور لو والسيد ديفي أستكشفوا استخدامات أخرى للخلايا الشمسية، موضحين أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تدخل في استشعارات الانترنت، وغيرها من المنتجات الاستهلاكية منخفضة الطافة. وأضاف لو أن هذه التكنولوجيا لا تولد ما يكفي لتشغيل سيارة، لكنها يمكن أن توفر الطاقة داخل الأجهزة الصغيرة، مثل مروحة لتبريد السيارة في حين كانت واقفة في الشمس الحارقة".