Краситель, создающий кристаллы, похожие на радужную оболочку, облегчает превращение небоскребов и теплиц в электростанции.

Зрение послужило источником вдохновения для множества технологических достижений: от разработки сенсоров до создания камер, способных распознавать важную информацию для принятия решений с минимальным потреблением информации и энергопотреблением. Сегодня способность радужной оболочки глаза адаптироваться к различным условиям освещения вдохновила международную группу из 24 исследователей из шести институтов на разработку фотохромного покрытия, способного регулировать световой поток, необходимый, например, для работы фотоэлектрической панели, без использования внешних устройств. Это открытие, опубликованное в журнале Nature и отмеченное международной наградой Королевского химического общества , позволит превратить стеклянный небоскреб или теплицу в монументальные генераторы энергии, не изменяя условий жизни и функционирования внутренних помещений.

Как объясняют исследователи в журнале Nature , этот прорыв обусловлен ограничением, влияющим на использование солнечной энергии: производством солнечных элементов с фиксированным коэффициентом оптического пропускания. Это означает, что либо условия освещения не используются в полной мере в течение дня, либо для определения оптимальной ориентации в течение каждого часа необходимо использовать внешние устройства, что сложно реализовать в стационарных конструкциях, таких как здания.

Группа наноматериалов и устройств преобразования энергии Университета Пабло де Олавиде (Севилья) под руководством профессора Хуана Антонио Анты присоединилась к международной команде PISCO, чтобы преодолеть этот пробел. Цель — разработать фотохромные красители, которые при нанесении на полупрозрачные солнечные элементы способны адаптироваться к условиям освещения, сохраняя максимальную прозрачность при слабом освещении и затемняясь при интенсивном воздействии солнечного излучения.

«Эта работа демонстрирует возможность объединения двух часто трудносовместимых функций — фотохромизма и фотовольтаики — в одном устройстве с использованием одной молекулы. Это важный шаг на пути к созданию динамических энергогенерирующих окон для следующего поколения зданий и инфраструктуры», — подчёркивает Королевское химическое общество.

По словам Анты, фотохромный краситель «представляет собой молекулу, способную менять цвет в зависимости от света, благодаря чему ее можно встраивать в полупрозрачные солнечные элементы, которые можно использовать в умных окнах».

«Идея, — добавляет он, — заключается в том, чтобы встроить фотоэлектрические панели в здания. Чтобы встроить солнечный элемент в окно, оно должно быть полупрозрачным и при этом «умным», то есть затемняться днём, вырабатывая электроэнергию. Ещё одно применение, которое мы сейчас изучаем, — это теплицы, где они будут иметь двойное назначение: вырабатывать энергию и защищать растения».

Одним из ограничений современных систем является нестабильность материалов. Фотоэлектрическая генерация, как это ни парадоксально, летом снижается из-за жары. Это снижает эффективность кремния, наиболее распространённого элемента в современных панелях. Эта потеря частично компенсируется увеличением продолжительности светового дня, но фотоэлектрическая энергия важна для умеренного уровня солнечного излучения.

Важна не только радиация, но и температура, поэтому разработанная группой PISCO технология, основанная на органических красителях, также ищет формулу, которая сделает ее более стабильной и надежной, а также более восприимчивой к изменениям условий освещения.

Основная цель — обеспечить термостабильность внутри зданий без ущерба для производительности генерации энергии. Молекулы, исследуемые для создания инновационного красителя, вдохновлены строением глаза, поскольку именно они лучше всего реагируют на свет.

В команду UPO, помимо Хуана Антонио Анты , входят профессор Герко Оскам, постдокторанты Ренан Эскаланте и Валид Мвалукуку, а также аспирантка Патрисия Санчес Фернандес. Команда Анты занимается изучением процессов фотопреобразования энергии, оптоэлектроники и моделирования в солнечных элементах, а также применяет результаты исследований к новым материалам для получения солнечного водорода.

«Эта технология может внести значительный вклад в преобразование пассивных окон в активные солнечные элементы. Ключевыми характеристиками окон являются прозрачность и способность затенять при необходимости, и этот подход позволяет достичь обоих целей, одновременно генерируя энергию», — объясняет Йохан Лиотье, химик из Фрайбургского университета и член исследовательской группы.

В области солнечной энергетики исследователь Эдуардо Фернандес Камачо, профессор кафедры системной инженерии и автоматизации Севильского университета, также получил грант Европейского исследовательского совета (ERC) на проект «Оптимальное кооперативное управление солнечными электростанциями». Основная цель данного исследования — продемонстрировать эффективность алгоритмов многосценарного кооперативного предиктивного управления (MSC-MPC) для оптимизации производства коммерческих солнечных электростанций. Основная идея заключается в координации различных подсистем станции для оптимизации производства в многодневном горизонте с учетом неопределенностей окружающей среды и рыночной конъюнктуры.