Началото на юни е – ту грее слънце, ту вали, а сегиз-тогиз и градушка пада. Работещите в много офиси постоянно „ръчкат” прозорците: ту спускат щорите срещу ярките слънчеви лъчи, ту ги махат, защото с помръкването на небето и вътре става тъмно. В умния офис нямат този проблем: там прозорците сами се затъмняват с напичането на слънцето. Че даже и ток произвеждат!

Понятията „смарт”, „интелигентен” и „умен” се спрягат доста често в света на съвременните технологии и вече дори са дотегнали, но има няколко области, в които приложението на модерната техника наистина заслужава да се окачестви като форма на интелигентност – а новото поколение прозорци е една от тях.

Тониране

Тонирането на стъклата е областта, в която засега има най-много разработки за самостоятелно управление. Затъмнените прозорци са класическо решение за намаляване на слънчевото греене в интериора.

Досега обаче затъмняването винаги е било статично. Стъклата могат да са с нюанс, например зеленикави или синкави, но в крайна сметка когато навън не пече силно слънце, вътре трябва да се включат лампи, за да се компенсира липсата на светлина. Това довежда до извратено решение: в модерен офис с лъскава фасада работещите са принудени да работят на изкуствено осветление посред бял ден. Освен разхода за осветление, това често значи и проблеми със зрението у работещите, нерядко – главоболие.

Самотониращите се стъкла обещават да решат този проблем. Те обичайно са покрити с тънък, прозрачен филм от специфичен материал, който се оцветява при прилагане на някакво въздействие, например електричество. Най-често този слой съдържа частици от специфичен материал, например метал или дори ултра-модерния суперматериал графен. Частиците застават в различни позиции под влиянието на някакво въздействие – например ток. Когато слънчевите лъчи достигат повърхността на стъклото, частиците са подредени в структура, която ги прави видими; поради малкия им размер изглежда сякаш стъклото намалява прозрачността си, „посивява”. Когато няма ток, частиците се връщат обратно в „невидимо” положение.

Това, разбира се, предполага подаването на електричество да се контролира – например чрез сензор за дневна светлина.

По-новите разработки действат по подобен начин, но без влиянието на ток. Вместо това частиците застават по желания начин под влияние на дадена честота от слънчевата светлина. Така реакцията е опростена и усъвършенствана: пекне ли слънце, прозрачният филм върху стъклата потъмнява. Налице е самотониращо се стъкло.

Има и разработки на термохроматични прозорци. При тях затъмняването се провокира не от влиянието на ток или дадена честота на видимата светлина, а от загряването. Това изглежда логично, защото функцията за самотониране обещава да е активна само в топлото време – през лятото, когато наистина искаме да спрем слънчевия пек. През зимата обаче, когато е студено, силното слънчево греене няма да бъде блокирано, за да може интериорът да се затопля.

Добив на електроенергия

Самотониращите се стъкла са чудесно решение, но изследователи от цял свят се питат не може ли прозорците да правят и нещо по-полезно от това да прикриват слънчевата светлина при силно греене. Плоските фасади на съвременните жилищни и бизнес-сгради представляват огромна площ. Ако тя можеше да прави нещо полезно, като например да генерира ток чрез фотоволтаика, навярно резултатът би бил значителен.

През последните години различни научни екипи създадоха серия технологични разработки за фотоелектрични прозорци.

През 2017 г. учени от Националната лаборатория за възобновяеми енергийни източници в (NREL) при Нюйоркския университет на САЩ разработиха термохроматични прозорци, способни да превръщат дневната светлина в електричество с висока ефективност. Технологията е базирана на високотехнологични материали на база перовскит. Когато слънчевите лъчи достигнат повърхността на прозореца, той се самотонира, но в това състояние е способен да генерира електричество. Така хем засенчва, хем произвежда ток. Когато слънцето не напича прозореца, стъклата охладняват и възвръщат прозрачното си състояние.

В началото на 2018 г. учени от известната лаборатория в САЩ „Бъркли” обявиха, че са открили перовскитен материал, който може да се използва за направата на фотоволтаични стъкла. Той може да превключва между състояние на прозрачност и непрозрачност, без това да нарушава ни най-малко фотоелектричните му свойства. Регулирането на различните му състояния се базира на промени в температурата и влажността.

Пак по това време се разчу за нов вид двоен стъклопакет, произвеждащ ток, разработен в Университета в Уоруик. Новият подход използва газ, вместо вакуум, за преносна среда за електрическата енергия. Едно от двете стъкла в него е покрито с вещество, което действа като източник на електрони под въздействието на осветяването със слънчевата светлина – своего рода „фотокатод”. Така прозорецът работи като своеобразна презареждаема батерия.

Черешката на тортата сред тези разработки обаче бе стъкло, което може да произвежда ток, оставайки напълно прозрачно. За света това означава, че хилядите квадратни километри прозорци на сградите по цял свят могат да бъдат генератор всеки ден и по цял ден. Новата технология абсорбира невидимата ултравиолетова (UV) или инфрачервена светлина. Видимата част от спектъра – всички цветове на околния свят – остават видими за окото, но през това време прозорецът произвежда ток. Не стига това, но и улавянето на ултравиолетовите и инфрачервените лъчи защитава интериора от нежеланите въздействия на слънчевото греене (избеляване, прогаряне, нежелано загряване).

Цветни PV стъкла

След подобни постижения най-новата стъпка, по която учените сега работят, е развитието на стъкла, които могат да се самотонират, да добиват електроенергия при тониране и да се оцветяват в точно определени, желани цветове. Това е важно за дизайна на сградите.

Най-новият „писък” сред тези разработки е самотониращ се фотоволтаичен прозорец, който добива златист цвят при затъмняване и активиране на фотоелектричната дейност.

Ако стъклата могат да придобиват определен нюанс, бидейки фотоволтаични, това ще позволи редица нови дизайнерски решения. Тогава може да се очаква проектантите на сгради най-сетне да възприемат технологията и да я интергират още на етапа на замисляне на всяка нова постройка.