将窗户玻璃替换成透明太阳能电池，节能且不失美观

2022-06-29 16:15:08  信息编号：K221906  浏览次数：73

将窗户或任何玻璃板变成光伏电池，透明太阳能电池板可以帮助实现全球净零排放目标并改善建筑物的美学外观。

密歇根州立大学 (MSU) 的研究人员于 2014 年首次制造了一种透明的太阳能聚光器。到 2020 年，他们实现了太阳能玻璃的完全透明。这项技术具有将建筑物转变为太阳能生产者的革命性技术潜力。

太阳能技术和效率改进的历史

自公元前 7世纪以来，太阳能就已被使用，从生火和火把到建造日光室。被动式太阳能是指通过暴露在阳光下对居住场所进行加热和冷却。

霍勒斯-本尼迪克特德索绪尔于 1767 年发明了世界上第一个太阳能集热器电池，使用绝缘盒和玻璃层来放大太阳的热量。

1839 年，19 岁的法国科学家 Edmund Bacquerel 发现了光伏效应。

光伏过程是当电磁辐射暴露于某些材料时产生电压形式的电流。太阳能电池用于产生光伏效应。

第一个虽然效率低下的固态光伏电池是由 Charles Fritts 于 1883 年创建的。Fritts 在硒半导体上涂上了一层薄薄的金。

1954 年，贝尔实验室通过将一个硅太阳能电池连接到一个小型摩天轮和太阳能无线电发射器上，展示了硅太阳能电池的首次实际应用。这种太阳能电池价格昂贵，将阳光转化为电能的效率仅为 6%。

许多公司已经开发和改进了这项技术，主要集中在提高光伏电池的效率并使它们在商业上可行。

到 1985 年，光伏电池的销售额达到 2.5 亿美元。硅电池的效率提高到 20%，紧随其后的是薄膜模块。1994 年，制造了磷化镓铟和砷化镓电池，效率为 30%。

到 2000 年，年发电量达到 100 兆瓦，成为全球生产商和销售商的巨大市场，其中包括开始看到减少对化石燃料依赖潜力的政府的兴趣。

目前最大的太阳能发电厂在中国，容量为 200 兆瓦，尽管德国是国内光伏的最大市场。

随着对太阳能技术需求的增加，太阳能系统的价格继续下降。

透明太阳能技术

随着技术的逐年进步，下一代太阳能电池被创造出来，消除了铅的使用。有些加入了钙钛矿矿物，产生了 28% 的效率结果。

密歇根州立大学的最新发展之一是由类似玻璃的塑料制成的近乎透明的电池，这种电池很薄，可以从窗户产生电力。

它们通过选择性地利用肉眼不可见的一部分太阳光谱来工作，同时允许正常的可见光通过。这是使用透明发光太阳能聚光器 (TLSC) 实现的，该聚光器包含设计用于吸收特定紫外和红外光波长的有机盐，这些波长会作为另一种不可见波长发光。

目前的效率只有 10% 左右，但考虑到每个家庭和办公楼都可以改造，它对社会的影响可能是巨大的。

存在部分透明的太阳能电池板，由德国 Heliatek Gmb 开发。它们吸收大约 60% 的阳光，效率较低，为 7.2%。

密歇根州立大学开发的全透明太阳能电池板可生产出全透明玻璃状光伏电池板，在商业生产中可实现更高的 10% 效率。

全透明太阳能电池板技术的好处

尽管太阳能窗户的效率低于许多其他太阳能光伏板和部分透明的太阳能电池板，但它们的美学外观，加上它们可以集成到几乎任何建筑物的大窗户空间中的能力，为日常和持续使用提供了更高的潜力。

除了太阳能窗户技术，太阳能电池板百叶窗可以收集阳光来发电，并且可以与透明太阳能电池板结合使用来阻挡阳光直射，同时仍能产生 100 瓦的电力。

太阳能百叶窗可以安装在室内或室外，并由应用程序控制，以使用应用程序中包含的角度和定位控制来优化性能。

透明太阳能电池板还有一个额外的好处，那就是在低光照条件下运行，低至 10%，这延长了一年中可以发电的小时数。它们也较少受到阴影的影响。

面板具有出色的耐热性，因此不需要通风即可实现最佳性能。它们还在更大的温度范围内以更高的效率运行。

它们在经济上具有优势，因为它们的成本与传统建筑材料大致相同，但具有多功能性，既可以提供电力，又可以用作窗户。它们可以消除对传统发电系统的需求，从而减少家庭和企业的账单。

面板非常坚固，带有夹层玻璃，可增加功能性、安全性并提高美观度。它们有可能被用于许多遗产，或保护美学外观非常需要的受保护的建筑物。

透明太阳能技术未来潜力

密歇根州立大学的研究人员相信，透明太阳能电池板技术有可能满足美国每年约 40% 的能源需求，如果与屋顶太阳能相结合，可能会更多，因为它们可以相互补充。

仍然需要改进储能，但密歇根州立大学表示，如果实现储能改进技术，在不久的将来可以满足美国 100% 的电力需求。