Các nhà khoa học Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia Mỹ (NREL) đã phát triển một mô hình năng lượng vật chất tòa nhà để so sánh các công nghệ phủ kính tòa nhà thế hệ tiếp theo. Kết quả nghiên cứu cho thấy, những công nghệ kính pin điện mặt trời (PV), có thể dễ dàng tích hợp vào những cửa sổ không đạt tiêu chuẩn 2 hoặc 3 lớp hiện nay, cho phép giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà và giảm lượng khí thải carbon.

 Quy trình chuyển đổi ánh sáng thành điện mặt trời của kính PV giảm thiểu tác động nhiệt của tòa nhà. Ảnh pv-magazine

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các tổ hợp kính, sử dụng 3 loại công nghệ cửa sổ PV trên cơ sở vật liệu perovskite: công nghệ không chọn lọc bước sóng sử dụng màng mỏng, công nghệ chọn lọc bước sóng, hay còn gọi là PV trong suốt và công nghệ PV động, một đổi mới gần đây kết hợp công nghệ kính động với sự chuyển đổi các tế bào PV.

Trong báo cáo khoa học, nhóm nghiên cứu đã dịch chuyển các mô phỏng tổ hợp kính nano sang mô phỏng năng lượng tòa nhà quy mô lớn bằng phương pháp sử dụng các công cụ mô phỏng năng lượng tòa nhà, sử dụng chương trình EnergyPlus và OpenStudio, phát triển trên nền tảng trao đổi nhiệt vật lý.

Nhóm nhà khoa học sử dụng nhóm dữ liệu thời tiết đầu vào từ cơ sở dữ liệu Năm Khí tượng Điển hình, mô phỏng hồ sơ tiêu thụ năng lượng của các tòa nhà cho sưởi ấm, làm mát và chiếu sáng với khoảng thời gian 15 phút trong suốt một năm.

Theo các nhà nghiên cứu, kết quả thu được cho thấy "kính PV với hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp ở mức 6% giúp giảm hơn 30% mức sử dụng năng lượng". Việc tăng hiệu quả sản xuất điện chuyển thành giảm sử dụng năng lượng bổ sung. Với hiệu suất 12,5%, các công nghệ PV màng mỏng và trong suốt perovskite đạt mức giảm sử dụng năng lượng tới 42% khi được tích hợp vào tổ hợp kính cửa sổ 2 hoặc 3 lớp.

Tổ hợp kính PV động đạt mức tiết kiệm gần 50% năng lượng và "có tiềm năng tiết kiệm cao nhất trong số các công nghệ PV", các nhà nghiên cứu nhấn mạnh. Nhưng nhóm nhà khoa học lưu ý rằng, công nghệ này chỉ đạt được hiệu suất 11% thử nghiệm thực tế trong môi trường phòng thí nghiệm, vì vậy công nghệ mới này cần được phát triển hơn nữa để phát huy hết tiềm năng của vật liệu và kỹ thuật.

Kết quả mô phỏng cũng cho thấy kính PV động sản xuất được nhiều điện hơn trong những tháng nóng, đạt 1,200 gigajoule (GJ) phát điện trong tháng 6 và tháng 9, nhưng chưa đến 200 GJ từ tháng 12 đến tháng 1.

"Ngược lại, PV chọn lọc bước sóng tĩnh (kính PV trong suốt) liên tục sản xuất được hơn 500 GJ mỗi tháng nhưng không bao giờ vượt quá 1,000 GJ trong bất kỳ tháng nào," nhóm nghiên cứu cho biết.

Nhóm nhà khoa học đã công bố kết quả nghiên cứu trong bài báo cáo khoa học "Cửa sổ quang điện cắt giảm 40% việc sử dụng năng lượng và phát thải CO2 trong các tòa nhà cang tầng phủ kính ", được công bố gần đây trên Tạp chí One Earth.