Vinduet sørger for solskjerming: Dette vinduet utviklet av IFE blir mørkt når sterke solstråler skinner på det. (Bilde: Jannicke Nilsen)
Coating-prosess: Vanlig vindusglass mates inn i en såkalt sputter-deponeringsmaskin. Når glasset kommer ut har det fått det karakteristiske gulskjæret. (Bilde: Jannicke Nilsen)
Sputter-deponeringsmaskin: Kraftige pumper må til for at deponeringsmaskinen skal få tilstrekkelig trykk til prosessen. (Bilde: Jannicke Nilsen)
Hele prosessen kontrolleres fra denne operasjonsenheten inne i rent-rommet. (Bilde: Jannicke Nilsen)
Sol-lampe: Denne maskinen imiterer solens stråler. Der lampen lyser, oppstår det en svart firkant som forsvinner få sekunder etter at lampen er slått av. (Bilde: Jannicke Nilsen)
Sol-lampe: Denne maskinen imiterer solens stråler. Der lampen lyser, oppstår det en svart firkant (nederst til høyre) som forsvinner få sekunder etter at lampen er slått av. (Bilde: Jannicke Nilsen)

SMARTE VINDUER - SOLCELLE-FORSKNING - INSTITUTT FOR ENERGITEKNIKK

Mislykket solcelle-forskning førte til norskutviklede, smarte vindusglass

Testes i Norge.

Institutt for energiteknikk, Kjeller:

– Se hva som skjer når jeg lyser på glasset.

Solcelle-forsker Fredrik Martinsen ved Institutt for energiteknikk (IFE) lyser med lommelykt-appen på telefonen på en bit med svakt gulfarget vindusglass. Etter få sekunder tegner det seg en mørk, rund prikk der lysstrålen treffer. Fem-ti sekunder etter at Martinsen fjerner lyset forsvinner den svarte prikken, helt av seg selv.

– Vi har funnet et materiale som skifter farge når lyset treffer det. Det kalles fotokromnisme, glasset blir mørkt når solen skinner kraftig på det, og går tilbake til opprinnelig farge når lyset fjernes. Vi ser store muligheter for slike vinduer i bygg hvor man vil holde sollyset ute på dagtid, men slippe lyset inn på kveldstid, sier Martinsen.

Mystisk oppdagelse

Boliger og industribygg bruker store summer på aircondition og andre tiltak for å kjøle bygg i sommermånedene. IFE ser for seg at de nye vinduene kan redusere behovet for aircondition kraftig når solen står på som verst i sommermånedene. Når solen treffer vinduet, som Institutt for energiteknikk (IFE) har forsket på siden 2012, blir glasset automatisk mørkt, og verken lys eller varme slipper inn.) 

Det er ikke selve vindusruten som Martinsen holder som blir mørkere, men et mikroskopisk belegg med oksygenholdig ytriumhydrid som "sprayes" over vindusrutene ved hjelp av en velbrukt industriprosess.

Den mystiske formørkningseffekten ble oppdaget ved en tilfeldighet da IFE-kollega Trygve Mongstad gjorde eksperiementelle forsøk med det samme materialet i et forsøk på å utvikle en ny type billige solceller med nytt overflatebelegg.

Det opprinnelige forskningsprosjektet ble avlyst fordi de ikke fikk til den ønskede effekten. Men den tilfeldige og mystiske oppdagelsen lever i beste velgående i sol-laboratoriet til IFE.

– Kan skreddersy løsninger

– Resultatene fra solcelle-prosjektet var ikke lovende nok. Vi fant ut at det var mer spennende å forske på materialet på vinduer. Vi vet fortsatt ikke hvorfor materialet blir mørkere i kontakt med lys, men vi har begynt å få ordentlig kontroll over teknologien. Nå kan vi skreddersy løsninger etter kundens behov, alt etter hvor stor formørkingseffekt som ønskes, sier Martinsen.

Til våren skal det første vinduet testes ut i praksis. For knappe fem måneder siden ble Martinsen hyret for å lage vinduene som skal settes inn i en testbolig i et av Forskningsrådets idélab-prosjekter, Home.

I testboligen, som nå er satt opp ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU),  skal vinduene etter planen føre til at glasset slipper inn radikalt lys når solen skinner som sterkest.

Kontorbygg

Hovedmålgruppen for oppfinnelsen er imidlertid ikke privatboliger. I første omgang ser IFE på det store markedet for vinduer til industri- og kontorbygg, som ofte er kledd med omfattende glassflater. Og ikke minst i Asia og Sør-Europa, som har kjølebehov langt ut over de få sommermånedene hvor soloppvarming er et problem i Norge.

– Vinduene vil være av stor interesse for industribygg. Ta for eksempel kontorbyggene på Lysaker og Skøyen, med masse glassfasader og temperatursvingninger. Folk sitter og svetter på sommeren, og det brukes store summer på utvendig solskjerming. I tillegg har du vedlikehold, poengterer Martinsen.

– Disse vinduene vil kunne fjerne behovet for solskjerming enkelte stedet, og bidra til å regulere varmen i bygget sommerstid, sier Martinsen.

Vaakum

Selve produksjonen av vinduene foregår i IFEs sollaboratorium. Midt i laboratoriet står det en såkalt sputter-deponeringsmaskin, tilnærmet lik maskinene enkelte vindusprodusenter har. Tanken er at en kommende produsent lett skal kunne ta i bruk IFEs egenutviklede spray-metode når prosessen er helt moden.

Inne i "rent-rommet", hvor ingen får gå inn uten heldekkende bekledning, plasserer Martinsen en vanlig glassrute i en metallramme, før rammen føres inn i den gedigne maskinen og til det vakuumfylte prosesskammeret.

Vindusruten plasseres på den ene siden av kammeret, mens deponerings-materialet plasseres på den andre siden. Så fører vi inn en gass som vi ioniserer og akselererer veldig raskt mot deponerings-materialet. Sistnevnte slås løs med stor kraft, og slynges mot glasset der det kondenserer som en tynn film på glassoverflaten, forklarer Martinsen.

Når glasset kommer ut av maskinen, har det fått et gulaktig skjær. Når Martinsen plasserer glasset under en sol-lampe, som imiterer fordelingen av solens bølgelenger, kommer det en svart firkant der lyset treffer. Som forsvinner få sekunder etter at glasset fjernes.

– Må vindusglasset være gult?

– Det kan vi tilpasse, og det kommer an på hvor effektivt du vil at solskjermingen skal være. Vi kan redusere innstrålingen med ti til førti prosent, alt etter hva behovet er. Men dess gulere glasset er, jo høyere solskjermingseffekt får vinduet, forklarer Martinsen.

Prosessen foregår inne i rent-rommet, hvor alle som oppholder seg må kles i rene drakter. Et støvkorn eller fettflekk kan ødelegge vinduet. Jannicke Nilsen

Leter etter årsak

Ved siden av uttestingen på Ås, jobber IFE videre med å finne årsaken til hvorfor materialet endrer farge i kontakt med sollys. Da tror Martinsen de kan kontrollere produksjonsprosessen på en bedre måte og oppnå solskjermingseffekter langt ut over det de klarer i dag.

– Vi vet at lyset induserer en forandring i materialet. Om forandringen skjer elektronisk, eller om det er en kjemisk effekt, er vi ikke sikre på. Men lyset forårsaker helt klart en ustabil tilstand i materialet, som gjør at det ønsker å reversere tilbake i sin opprinnelige, lysegule form, sier Martinsen.

Det finnes allerede såkalte elektrokrome vinduer på markedet, som gir vinduer blendingseffekt ved hjelp av elektronikk. Martinsen tror slike vinduer blir for kostbare for mange, og at IFEs vindu kan bli et alternativ.

– Elektrokrome vinduer krever kompliserte flerlagsstrukturer og er ganske kostbart. Vi tror det er et marked for en passiv løsning der vinduet gjør jobben selv, og som ikke trenger å monteres av en elektriker. Vi tror det endelige produktet kan bli mye billigere, sier Martinsen.

Mulig samarbeidspartner

Så langt har IFE produsert små vindusruter i størrelsen 0,5 x 0,5 meter, som er den maksimale størrelsen maskinen i IFEs sol-laboratorie kan lage. Men IFE har langt større planer, som de ikke ennå ikke vil gå ut med.

– Vi skal ikke produsere og selge glassene selv. Vi må i så fall finne en samarbeidspartner for å oppnå dette, sier Martinsen, uten å ville utdype mer overfor Teknisk Ukeblad.

Les også: Hvis alle skiftet til denne lyspæren, kunne verden stengt 100 store atomkraftverk

Få med deg «Nordic EV Summit 2017» den 7. februar 2017.