در طول دو دهه گذشته تولید برق از انرژی خورشیدی و استفاده از آن افزایش یافته است. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی (IEA)، تولید برق خورشیدی در سال ۲۰۲۱ به بالاترین حد خود رسید و از هزار تراوات ساعت در جهان گذشت. بعد از انرژی بادی، انرژی خورشیدی دومین انرژی تجدیدپذیر مهم از لحاظ تولید است و انتظار می‌رود سهم آن در سال‌های آینده افزایش پیدا کند.

این روند در شهرها نیز قابل مشاهده است و استفاده از پنل‌های خورشیدی در ساختمان‌ها به عنوان بخشی از طرح سازگاری و انعطاف‌پذیری شهری اجرا می‌شود. یکی از فناوری‌های جدید مرتبط با انرژی خورشیدی، نصب پنجره‌های خورشیدی در ساختمان‌ها است. منظور از پنجره خورشیدی، ادغام پنل‌های شفاف با سلول‌های خورشیدی در ساخت پنجره است که مانند یک پنجره معمولی نور مرئی را عبور می‌دهند، اما هم‌زمان، از انرژی طیف نور غیرمرئی از جمله فرابنفش و فروسرخ برای تولید برق استفاده می‌کند.

این نوآوری مبتنی بر سلول‌های خورشیدی حساس به رنگ (DSC) است که ایده آن به سال ۱۹۹۱ برمی‌گردد. در ساخت این سلول‌ها از یک نیمه‌هادی پوشیده شده با رنگ ارگانیک استفاده می‌شود که قادر است با فشرده‌سازی نور عبوری، چگالی توان آن را افزایش دهد و از این طریق جریان الکتریکی ایجاد کند.

مزایا و معایب پنجره‌های خورشیدی

پنجره‌های خورشیدی جدا از مزیت آشکار تولید برق، مزایای دیگری نیز دارند که از بارزترین آن‌ها می‌توان به نصب نسبتاً آسان و کم‌هزینه اشاره کرد. این پنجره‌ها مانند پنل‌های خورشیدی به‌طور کامل در ساختار پنجره ادغام می‌شوند و فضای اضافی اشغال نمی‌کنند. فیلم فتوولتاییک به کار رفته در ساختار این پنجره انعطاف‌پذیر است و می‌تواند هر شکل و اندازه‌ای داشته باشد، بنابراین می‌توان آن‌ها را با انواع کاربری‌ها، از جمله وسایل نقلیه تطبیق داد و به همین دلیل تولید سفارشی آن بسیار آسان است.

پتانسیل تولید برق این پنجره‌ها در ساعات اوج تابش به ۴۰ وات بر متر مربع می‌رسد و می‌تواند هزینه برق ساختمان را کاهش دهد. علاوه بر این، ساختار پنجره خورشیدی به صورت شیشه دو یا سه جداره است و دارای خواص عایق حرارتی و صوتی بهتری نسبت به پنجره معمولی است، همچنین قادر است اشعه فرابنفش را صددرصد مسدود کند و با جلوگیری از ورود اشعه فرابنفش به داخل فضا، به محافظت از افراد، مبلمان و تجهیزات کمک کند و آسیب‌های ناشی از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض این اشعه را کاهش دهد. رنگ کروماتیک پنجره‌های خورشیدی به صورتی است که بدون کاهش شفافیت نور وارد شده به ساختمان، میزان دید به داخل ساختمان را محدود می‌کند و حریم خصوصی را افزایش می‌دهد.

با این حال، این فناوری دارای معایبی است که مانع استفاده گسترده از آن تا امروز شده است؛ مهم‌ترین عیب پنجره خورشیدی راندمان پایین‌تر نسبت به پنل‌های خورشیدی معمولی، به دلیل ماهیت نیمه‌شفاف آن است. راندمان پنل‌های خورشیدی به‌طور متوسط حدود ۲۰ درصد است، در حالی که راندمان پنجره‌های خورشیدی کمتر از ۱۰ درصد است. هرچند تحولات اخیر نویدبخش افزایش این عملکرد به ۱۵ تا ۳۰ درصد است.

پنجره‌های خورشیدی هنوز نمی‌توانند جایگزین پنل‌های خورشیدی سنتی در ساختمان‌های کوچک باشند و فقط به عنوان مکمل پنل‌های روی پشت‌بام استفاده می‌شوند، با این حال در ساختمان‌های بلند، به دلیل گستردگی سطح قابل استفاده در مقایسه با فضای پشت‌بام، استفاده از پنجره خورشیدی بسیار اقتصادی‌تر از پنل‌های خورشیدی است.

نمونه‌های شهری استفاده از پنجره‌های خورشیدی

پنجره‌ها و فناوری‌های خورشیدی شفاف در آمریکا بسیار محبوب هستند به‌طوری‌که با ادامه به روند فعلی استفاده از آن‌ها، می‌توانند حدود ۴۰ درصد از تقاضای انرژی در ایالات متحده را تأمین کنند و حتی در ترکیب با واحدهای خورشیدی پشت بام، این رقم می‌تواند تقریباً صددرصد افزایش پیدا کند.

اولین نمونه از ادغام پنجره خورشیدی در معماری، مربوط به مرکز کنوانسیون SwissTech در سوئیس است. پنجره‌های رنگی ساختمان این مرکز به مساحت ۳۰۰ متر مربع، از این فناوری استفاده می‌کنند. با اینکه استقبال بازار آمریکای شمالی و اروپا از پنجره‌های خورشیدی کم است، اما با این حال، تعداد فزاینده‌ای از شرکت‌ها در حال حاضر آن‌ها را در مجموعه‌های خود گنجانده‌اند و راه‌حل‌هایی را در مقیاس‌های مختلف ارائه می‌کنند. یک شرکت استرالیایی، پنجره‌های خورشیدی را در ساختمان‌های عمومی و مسکونی متعدد و حتی گلخانه‌ها ادغام کرده است و موفقیت آن منجر به گسترش استفاده از این فناوری در این منطقه شده است. یکی از این ساختمان‌ها، مرکز خرید تولید انرژی سبز در شهر پرث استرالیا است.