Od momentu kiedy zostały wynalezione, okna oświetlały domowe wnętrza, dodając im niepowtarzalnego klimatu. Rozwiązanie to zawsze okupione było stratami ciepła i energii, ale być może nareszcie udało się rozwiązać ten problem.
Do dzisiaj w angielskim słowie “window”, oznaczającym po prostu okno, słychać lingwistyczną pozostałość protoplasty tego wynalazku. “Wind holes” to “wietrzne otwory”, które zapewniały dostęp świeżego powietrza, a także wpuszczały odrobinę światła do wnętrz prymitywnych chat. Balans energetyczny takiego rozwiązania był oczywiście bardzo marny, dlatego nim szkło stało się popularne i tanie, otwory takie były wyjątkowo małe. Jako pierwsi na pomysł wstawienia szyby w ścianę budynku wpadli już Rzymianie, ale w Anglii spopularyzowano je dopiero w XVII wieku. Dzisiaj wynalazek ten ma szansę przejścia na jeszcze wyższy poziom – stania się małą elektrownią.
Dzięki podwójnemu oszkleniu okien zniknął niepożądany przepływ powietrza. Mimo to duża część energii cieplnej wciąż ulatniała się przez ten nowoczesny jak na dawne standardy wynalazek. Chociaż okna takie zajmowały średnio tylko dziesięć procent izolowanej, zewnętrznej powłoki budynku, to odpowiadały za prawie połowę traconego przez niego ciepła. Nowe technologie stosowane w ostatnich latach poprawiły znacznie ten wynik. Dzisiaj szkło ma specjalne niskoemisyjne powłoki, a sama konstrukcja okna może być oparta między innymi na dwukomorowych szybach zespolonych. Dzięki temu producenci osiągają wysoką przepuszczalność świetlną i mogą produkować okna o większej powierzchni przy zachowaniu maksymalnej oszczędności energii.
Ważny jest też sposób montażu, który zmienił się na przestrzeni lat. Niepoprawnie wykonane uszczelnienie połączenia ściana-okno osłabia warstwę izolacyjną i prowadzi do powstania mostków termicznych. Profesjonalnie stosowany montaż warstwowy obejmuje organizację trzech stref: wewnętrznej paroszczelnej, środkowej termoizolacyjnej i zewnętrznej paroprzepuszczalnej. Taśmy paroizolacyjne odpowiadają za części wewnętrzne i zewnętrzne, a pianka poliuretanowa lub wełna mineralna tworzą warstwę środkową. Mimo wszystkich tych skomplikowanych technologii nie ma mowy o całkowitym wyeliminowaniu strat cieplnych. Chyba że szyby same staną się swojego rodzaju małą elektrownią i zrównoważą straty energii. W domu pasywnym szyby przepuszczają światło do wnętrza budynku, ale dodatkowo wykorzystują energię słoneczną do własnych celów. Dobrze zaprojektowany budynek z oknami wysokiej jakości może osiągać nawet dodatni bilans energetyczny.
Na Uniwersytecie Stanowym Michigan działa zespół, który w 2017 roku opracował małe, przezroczyste ogniwo słoneczne. Naukowcy pod kierownictwem Richarda Lunta dążyli do stworzenia całej szyby, która z powodzeniem mogłaby być zamontowana w ramie okiennej. Szklane wieżowce wielkiego miasta mogłyby stać się ogromnymi elektrowniami słonecznymi, wytwarzając energię dokładnie tam, gdzie byłaby najbardziej potrzebna. Przezroczyste ogniwo słoneczne było wynalazkiem niezwykłym, bo rozwiązywało trudny problem – jak wykorzystać energię skumulowaną w wiązce światła, nie blokując jej dalszej drogi. Fotowoltaika przekształca widmo światła w energię elektryczną, a ludzkie oko nie ma już szans na wychwycenie zebranych przez klasyczne rozwiązania fal. Półprzezroczyste ogniwa słoneczne wykorzystują tylko część widma do generowania energii, jej reszta jest przekazywana dalej w postaci przyciemnionego czy kolorowego światła.
To, co w 2017 roku było absolutnym novum, dzisiaj jest produktem możliwym do nabycia i stosowania we własnym domu. Przez wysoką cenę i wciąż niedużą wydajność, technologia ta nie jest jeszcze upowszechniona, ale pewne jest, że najbliższa przyszłość przyniesie znaczny rozwój tej dziedziny. Kropki kwantowe to jeden z najpopularniejszych trendów badań. Są to niewidoczne nawet pod mikroskopem optycznym półprzewodniki o wymiarach od kilku do kilkunastu nanometrów.
Rozwiązanie to jest niezwykle wydajne, ale bardzo trudne do wyprodukowania. Dlatego specjaliści stawiają częściej na technologię nanorurek węglowych i perowskitów. Szyba wykonana w tej technice ma być podobna do klasycznej, ale w przypadku dużej ilości słońca ściemnieje, przepuszczając wyłącznie około 3% światła, zastępując dodatkowo żaluzje. Wytworzona w ten sposób energia będzie magazynowana i uwalniana w czasie zachmurzenia, kiedy to szkło znów odzyska transparentność. Chociaż badacze wciąż pracują nad rozwiązaniem idealnym, już teraz w przypadku biurowców, gdzie całe ściany wykonane są ze szkła, deweloperzy korzystają z produktów w pełni komercyjnych. Okna z krzemu krystalicznego skrzyżowane z panelami fotowoltaicznymi stosowane są wszędzie tam, gdzie zasłonięcie części szyby nie stanowi problemu. Rozwiązanie to, choć niespecjalnie estetyczne jest wyjątkowo wydajne.
Zdjęcie główne artykułu: źródło: Designed by Freepik
