Okna, která vyrábějí elektřinu: revoluce nebo laboratorní hračka?

Myšlenka, že by stačilo pouze natřít sklo speciálním nátěrem a proměnit ho tak v solární rezervu, zní jako vědecká fikce. Ale aktuální výzkumy naznačují, že něco podobného by v budoucnu mohlo být reálně možné. Otázkou ale zůstává: Funguje to už dnes – nebo je to stále spíš vize jen na papíře?

Vědci z Nanjing University v Číně nedávno představili průhledný nátěr, který je schopen přetvořit běžná okna na solární panely, aniž by výrazně narušil jejich průhlednost. Tento nátěr, označovaný jako bezbarvý jednosměrný difrakční solární koncentrátor (v angličtině CUSC – colorless unidirectional diffractive-type solar concentrator), využívá struktury z cholesterických tekutých krystalů (CLC), které při průchodu slunečního světla selektivně směrují určité fotony na okraje skla, kde jsou zachyceny fotovoltaickými články a přeměněny na elektřinu. 

Zbytek světla volně prochází, čímž si okno zachovává svůj vizuální charakter. V testech výzkumníci zjistili, že tento povlak propouští zhruba 64,2 % viditelného světla a zachovává 91,3 % barevné přesnosti (tj. obraz pod sklem nevypadá výrazně zkresleně. Pokud šlo o samotnou účinnost přeměny sluneční energie na elektřinu, v laboratorních podmínkách byly naměřeny hodnoty až kolem 18,1 % (u celospektrálního světla) a při použití zeleného laseru až 38,1 %.

Ve skutečnosti ale nelze očekávat, že v běžném slunečním spektru budou všechny podmínky ideální. Nicméně autoři samotného výzkumu upozorňují, že „reálná“ hodnota, která zohledňuje ztráty při výrobě, nerovnoměrné osvětlení a jiné okolní vlivy, je spíše v řádu nižších jednotek procent – konkrétně mají uvádět, že účinnost se aktuálně pohybuje kolem 3,7 %. 

Takže: “funguje to?” – ano, ale pouze jako demonstrátor a spíše v laboratorních podmínkách. Technologie zatím čelí několika zásadním výzvám: stabilitě nátěru, životnosti, škálování výroby - tedy možnosti natírat velké plochy a optimalizaci účinnosti. Kromě toho je nutné řešit provozní vlivy – opotřebení povrchu, znečištění, degradaci materiálů uvnitř skla, teplotní změny, mechanické namáhání a další reálné faktory, které mohou výkony snižovat.

V širším kontextu je tento výzkum součástí úsilí začlenit fotovoltaiku přímo do stavební hmoty – aby budovy mohly samy vyrábět elektřinu, aniž by bylo nutné montovat výrazné panely na střechy nebo fasády. Pokud se podaří překonat praktické překážky, může se jednat o významný krok směrem k udržitelné architektuře. 

Nicméně podívejme se i do historie. Myšlenka přeměnit okna na zdroj energie se objevila už na začátku 21. století, kdy vědci experimentovali s průhlednými tenkovrstvými fotovoltaickými články, často organickými. Jejich účinnost se pohybovala kolem 1–2 %, přičemž průhlednost skla byla částečně zachována. Materiály však rychle degradovaly vlivem UV záření a teplotních výkyvů, což omezenou výrobu elektřiny ještě snižovalo.

V dalších letech se objevily perovskitové články, které dokázaly účinnost zvýšit až na 10–15 %, ale problémem zůstávala životnost – mnohé testy ukázaly pokles výkonu o více než 50 % během jednoho roku běžného provozu. Současná generace technologií založená na cholesterických tekutých krystalech (CLC) umožňuje směrovat sluneční fotony na okraje skla, kde jsou zachyceny fotovoltaickými články. Laboratorní testy ukázaly, že nátěr propouští přibližně 64 % viditelného světla a zachovává až 91 % barevné přesnosti, zatímco účinnost přeměny světla na elektřinu dosahuje až 18 % při ideálních podmínkách. V běžném slunečním spektru však reálný výkon klesá na hodnoty kolem 3–4 %.

Historie tak ukazuje, že průhledná solární okna nejsou náhlým zázrakem, ale výsledkem desetiletí výzkumu, kde je potřeba najít  rovnováhu mezi účinností, průhledností a životností materiálů. I když aktuální technologie zatím nenabízí masovou náhradu klasických solárních panelů, představuje významný krok, kde budovy samy vyrábějí elektřinu.