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上海硅酸盐所在节能发电窗领域取得新进展
发布时间: 2021-07-12 15:17 | 【 【打印】【关闭】

  近年来,全球建筑总面积大幅增长,建筑能耗逐年上升。据国际能源署 (IEA) 统计,建筑及其相关能耗已占全球总能耗的三分之一以上,建筑用能对全球二氧化碳排放的“贡献率”接近40%。因此,利用建筑物实现节能甚至发电,成为推动城市绿色发展的关键之一,对全面实现节能减排目标具有重要意义。

  窗户作为建筑物与外界环境最主要的热交换通道,占据建筑物流入/流失能量的50%,利用窗户进行节能和发电是对屋顶、墙面利用的一种有力补充。现有发电窗技术主要是将透明光伏电池与建筑玻璃相结合,但提高发电效率往往以牺牲窗户透明度为代价。例如,超薄钙钛矿太阳能电池可以获得13.6%的高效率,但平均可见光透射率只有7%;冷光太阳能集中器呈现出88%的高透射率,但发电效率却低于0.5%。当前,多结太阳能电池有望成为保障透明度和提高发电效率的最佳组合,但也存在产生的红外热负荷可能导致器件可靠性降低、使用寿命短的问题。此外,透明光伏电池还受到诸如光损失、电损失、空气敏感性等问题的限制。

  近日,金沙9001w最新域名柏胜强正高级工程师、陈立东研究员团队和曹逊研究员、金平实研究员团队,与德国莱布尼兹固态与材料研究所Kornelius Nielsch教授团队、英国考文垂大学方跃平教授、德国比勒费尔德大学Gabi Schierning教授合作,提出了基于光-热-电转换的节能发电窗技术,采用波长选择性吸取薄膜与热电器件耦合,将太阳热转化为电能。相关工作结果以“Transparent Power-Generating Windows Based on Solar-Thermal-Electric Conversion”为题发表在Advanced Energy Materials, 2021,  2101213上。

  研究团队设计开发了光-热-电转换演示系统,将具有波长选择性吸取的薄膜集成在透明玻璃上,该薄膜允许可见光通过(透过率最高达88%),同时可以强烈吸取紫外线和红外线,并将其转化为热能。太阳热被波长选择性吸取薄膜收集,定向传导至分布于玻璃边缘区域的热电器件,并被其转换成电能。该系统将能量转换效率与窗户的光学透明度解耦,实现两者的独立调控。同时,由于红外线被吸取,可以减轻建筑物的冷负荷,兼具高效节能和透明发电优点,系统节能效果与Low-E玻璃相当。该系统能够在环境温度下运行,可靠性高、寿命长,且结构简单、易安装,可应用于建筑玻璃、高铁/汽车窗户等领域。

  上海硅酸盐所张骐昊博士、黄爱彬博士为论文共同第一编辑,相关工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划等项目的资助和支撑。

  相关链接:

  https://doi.org/10.1002/aenm.202101213

基于光-热-电转换的节能发电窗技术示意图与演示系统

光-热-电发电窗的发电性能

光-热-电发电窗的节能效果与其他技术对比

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