Выпускник Делфтского технического университета (Нидерланды) Ян Виллем Вигман смоделировал работу различных солнечных концентраторов на основе оконного стекла и пришёл к выводу, что их эффективность может быть значительно увеличена, если потребитель хотя бы согласится на изменение цвета оконных стёкол.

Традиционный подход к оконным стёклам с фотоэлементами таков: сплошная прозрачная плёнка на органических фотоэлементах. Их КПД, как правило, находится в районе 2%, и даже лучшие образцы не превышают 3–4%.

Но есть альтернатива, отмечает исследователь. Это концентрирующие солнечные свет плёнки, отражающие и перенаправляющие свет перпендикулярно его ходу, к узким фотоэлементам, расположенным по периметру рамы. Площадь таких фотоэлементов может быть много меньше, то есть ниже будет и стоимость, да и КПД выше, чем у полупрозрачных плёнок. Дополнительные преимущества: окно, вырабатывающее энергию, требует минимум проводов — только до потребляющих приборов (они могут быть в том же офисе) и забирающей энергосети, и не нуждается в дополнительных затратах на очистку освещаемых поверхностей от пыли (окна моют и так).

Хотя энергетическая эффективность таких окон и вырастет в несколько раз, их серый цвет привлечёт разве что близкие им по душевному настрою казармы и госучреждения. (Иллюстрация TU Delft.)

Однако рост КПД, отмечает г-н Вигман, чреват и минусами. Сплошные полупрозрачные плёнки из органических батарей задерживали менее одной десятой всего получаемого окном света. То, какую часть излучения отражающая и концентрирующая плёнка направит к фотоэлементам, зависит от её избирательности. Если захватываться будут в основном синяя, фиолетовая и зелёная части видимого спектра — наиболее ценные в энергетическом отношении, особенно в полдень, — то окна станут красными. Да, КПД достигнет 6–7%, но всем ли понравится смотреть на мир через розовые стёкла?

Самая эффективная схема подразумевает захват всех частей спектра: тогда и утром, и вечером, когда значительная часть солнечного света приходит в красной части спектра, КПД окон останется высоким. Вот только концентрирующая свет плёнка неизбежно будет сероватой. Правда, и КПД при имеющихся массовых кремниевых фотоэлементах достигнет 9%. Да, это не 15% и более, как у обычных кремниевых батарей, но часть солнечного света придётся пропускать мимо концентратора, уверен исследователь: иначе окна перестанут освещать и со стороны будут казаться чёрными.

В этом случае с квадратного метра окна можно будет собирать до 90 Вт энергии — чуть больше того, что потребляет ваш компьютер. Среднестатистический дом на одну семью, оснащённый такими стёклами, сможет генерировать более 1 кВт, что близко к цифрам его энергопотребления (видимо, без учёта отопления зимой).

Увы, для видимого света кремниевые фотоэлементы, встроенные в рамы, могут дать не более 9% среднесуточного КПД. (Иллюстрация Jan-Willem Wiegman et al.)

Одна беда: уровень естественного освещения снизится. Поэтому г-н Вигман рекомендует использовать столь радикальный подход лишь в «аквариумах» — офисных зданиях с большой площадью остекления. Что ж, офисный работник часто человек подневольный: научился завязывать галстук — значит, стерпит любые утеснения. Однако с другой рекомендацией — использовать такие окна в первую очередь в странах с жарким климатом, а ещё лучше в тропиках и на экваторе — нельзя  не согласиться. Тамошний офисный планктон иногда и сам не прочь «белого света не взвидеть».