Päikeseklaas, uuenduslik toode, mis ühendab fotogalvaanilist tehnoloogiat ehitusmaterjalidega, on mänginud üliolulist rolli globaalses energiasisutuses ja ehitamisel - integreeritud fotogalvaaniliste (BIPV) suundumused viimastel aastatel. Selle põhifunktsioon on säilitada valguse - edastamine ja soojust - traditsioonilise klaasi isoleerivaid omadusi, absorbeerides samal ajal päikesekiirgust ja muutes selle elektriks, saavutades sellega energiapinnale piisava energia - piisavuse. Fotogalvaanilise materjaliteaduse, arhitektuurilise disaini ja tootmisprotsesside koordineeritud edusammude abil liigub päikeseklaas laborist suurele - skaala rakendusele ja muutub järk -järgult madala - süsinik -linna arenduse põhikomponendiks.
Tehnilised põhimõtted ja klassifikatsioon
Päikeseklaas manustab või integreerib põhimõtteliselt fotogalvaanilised rakud (näiteks kristalsed räni või õhukesed - kilerakud) klaasist substraadisse, muutes valguse energia elektrienergiaks pooljuhi materjalide fotogalvaanilise efekti kaudu. Tehnoloogilise tee ja funktsionaalse fookuse põhjal võib selle jagada järgmistesse kategooriatesse:
1. Kristalne räni päikeseklaas
Traditsiooniliste monokristalliliste/polükristalliliste ränirakkude põhjal kapseldatakse rakud lamineerimisprotsessi läbi karastatud klaasi kahe kihi vahel (tavaline struktuur on klaas - eva kile - lahter - eva {- klaasi). Seda tüüpi klaas on kõrge muundamise efektiivsus (laboris üle 22% ja masstootmisel keskmiselt 18–20%). Ränirakkude jäikuse tõttu nõuab see tavaliselt fikseeritud paigaldamist ja sobib lamedatele pindadele nagu katusealused ja kardinaseinad.
2. õhuke - kile päikeseklaas
Põhineb paindlikul õhukesel - kileelementide tehnoloogiatel, näiteks amorfoosne räni (a - si), kaadmium telluride (cdte) või vask indium gallium seleniid (CIGS), pooljuhi kiht ladestub klaasi pinnale, et moodustada elektriväljak. Õhukesel - kilerakkudel on tugev madal - valgusreaktsioon (genereerides võimsust isegi häguse või hajusa valguse all) ja neid saab valmistada painduvateks või kõverateks vormideks, muutes need ideaalseks integreerimiseks ebaharilike kujulistesse hoonefassaadidesse või katuselehedesse. Näiteks on CDTe õhukese - kileklaasi massitootmise efektiivsus umbes 10%-13%, kuid selle tooraine (kaadmium) ja ringlussevõtuga seotud probleemid nõuavad endiselt tehnilist optimeerimist.
3. poolläbipaistev päikeseklaas
Spetsiaalselt päevavalguse nõuete ehitamiseks mõeldud klaas saavutab elektritootmise, säilitades samal ajal nähtava valguse läbilaskvuse (tavaliselt 30%- 60%), reguleerides rakkude tihedust või kasutades madala vargusega tehnoloogiaid, näiteks värvainete sensibiliseerimist. Seda tüüpi klaasi kasutatakse laialdaselt kontorites, kasvuhoonetes ja avalikes ruumides, mis vajavad looduslikku valgust, tasakaalustades energiatootmist siseruumides mugavusega.
Taotluse olek ja tüüpilised juhtumianalüüsid
Praegu on päikeseklaas kasutamine laienenud varajastest katseprojektidest mitmesuguste stsenaariumideni, näiteks ärihooned, transpordirajatised ja elamud. Selle turule minek kasvab jätkuvalt vähenevate kulude ja poliitilise toetusega.
Arhitektuur: terviklik katvus kardinaseintelt katusteni
Kõrgetes - tõusu hoonetes on päikeseklaas kardinaseinad kõige tüüpilisem rakendus. Näiteks kasutab Dubai projekti "Jätkusuutlik linn" suur ala kaadmium telluride õhukese - kile klaasist kardina seina, mis toodab piisavalt elektrit, et rahuldada üle 30% hoone iga -aastasest elektrienergiavajadusest. Hiinas integreeritakse monokristalliline räni päikeseklaas Shanghai torni välisfassaadi osasse, vähendades süsinikuheite üle enam kui 1000 tonni aastas. Elamurakendustes asendavad katusealused fotogalvaanilised plaadid (spetsialiseerunud päikeseklaas) järk -järgult traditsioonilised asfaldi katusesindlid ja muutuvad standardseks funktsiooniks kõrgetes - lõppkodudes tänu nende sujuvale integreerimisele arhitektuurilise esteetikaga.
Transport ja infrastruktuur: sõlmed dünaamilises energiavõrgus
Päikeseklaas on populaarsust kogumas ka sillavisiirides, bussipeatuskatustes ja maanteemürabarjäärides. Näiteks kasutab Hollandi "päikeseenergia rattatee" karastatud klaasi kapseldatud kristalseid ränirakke, pakkudes ümbritsevate tänavavalgustide juurdepääsu ja jõudu. Hiina Pekingi - Xiong'an Expressway helikindla seinte osad on manustatud poolläbipaistva päikeseklaasiga, tootes tuhandete leibkondade toiteks aastas piisavalt elektrit.
Tööstuslikud rakendused: hajutatud energia lisa
Tehase katuseaknates või kasvuhoone katustes võib päikeseklaas muuta kasutamata vertikaalsed ja kaldus ruumid miniatuurseteks elektrijaamadeks. Näiteks kasutab põllumajandustehnoloogiaettevõtte nutikas Greenhouse CIGS õhukest - kile päikeseklaas, mis mitte ainult ei anna põllukultuuridele optimaalset valgust, vaid ka temperatuuri juhtimis- ja niisutusseadmeid, vähendades üldisi energiakulusid umbes 25%.
Väljakutsed ja tehnilised kitsaskohad
Hoolimata päikeseklaasi paljutõotavatest rakenduste väljavaadetest, seisab selle suur - skaala juurutamine silmitsi mitme väljakutsega:
• Tasakaalustamine ja kulud: praeguse tavapärase päikeseklaas muundamise efektiivsus jääb madalamaks kui traditsiooniliste tsentraliseeritud fotogalvaaniliste moodulite oma (viimase laboratoorne efektiivsus on ületanud 26%). Kõrge läbilaskvuse nõue piirab veelgi rakkude tihedust, mille tulemuseks on väike energiatootmine pindalaühiku kohta. Lisaks mõjutavad ilmastikutakistus ja pikk - kapseldamismaterjalide (näiteks EVA kile) termin stabiilsus toote eluiga (suunatud üle 25 aasta) ja sellega seotud tehnoloogiad vajavad endiselt kontrollimist.
• Ühilduvus ehitusmäärustega: ehitusmaterjalina peab päikeseklaas vastama rangetele tulekaitse standarditele (nt tuletakistus suurem või võrdne 1 tund), tuule rõhutakistus (suurem või võrdne 1,5 kPa), maavärina takistus ja elektriline ohutus (isolatsioonitakistus> 100 MΩ). Mõned riigid peavad veel välja andnud BIPV moodulite jaoks konkreetseid eeskirju, mille tulemuseks on pikendatud projekti kinnitamistsüklid.
. Seetõttu tuleb kehtestada täielik elutsükli ringlussevõtu süsteem -, ekstraheerides klaasi ja metallkomponendid füüsilise eraldamise tehnikate abil või arendades kaadmiumi - tasuta õhukeseid - kileakusid (näiteks perovskite patareisid, kuid nende stabiilsus on praegu).
Arenguväljavaated ja suundumused
Globaalsete "kahesuguste süsiniku" eesmärkide edendamisega juhib päikeseklaas uue tehnoloogilise innovatsiooni ja turu laienemise vooru.
Tehniline suund: tõhusus ja multifunktsionaalne integratsioon
Tulevikus eeldatakse, et perovskite päikesepatareide (teoreetiline efektiivsus ületab 30%) turustamine, praeguse kõrgeima laboratoorse tulemusega 25,7%) ja tandemrakud (näiteks perovskite/räni tandem -struktuurid) eeldatakse, et päikeseklaasi energiatootmise tõhusust parandab märkimisväärselt. Lisaks soodustab nutika hämardamise tehnoloogia integreerimine (läbilaskvuse kohandamine elektrokroomse kihi kaudu) ja soojusjuhtimisfunktsioonide (faasi muutmise materjalide integreerimine hoone jahutuskoormuste vähendamiseks) päikeseklaasi uuendamist "ainsast elektritootmisest" kuni "tervikliku energiahalduseni".
Turujuhid: poliitika ja nõudluse kahekordne katalüüs
Valitsuse subsiidiumid BIPV jaoks (nt Hiina 14. viis- Ehituse energiatõhususe ja rohelise hoone arendamise aastaplaan toetab selgesõnaliselt päikeseenergia hoonete integreeritud arengut), rohelise ehituse sertifitseerimisstandardeid (nt LEED ja hästi, mis suurendavad taastuvenergia kaalumist) ning ettevõtte ESG -i tugevdamist (keskkonnaalase ja valitsemisnõuete tugevdamist). Rahvusvaheline energiaagentuur (IEA) ennustab, et ülemaailmne BIPV -turg ületab 2030. aastaks 100 miljardit dollarit, kusjuures päikeseklaas moodustab sellest üle 40%.
Järeldus
Fotogalvaanilise tehnoloogia ja ehitusmaterjalide uuendusliku ristumiskohana ei muuda päikeseklaas mitte ainult energiatootmist, vaid muudab ka hoonete funktsionaalsuse ja ökoloogilise väärtuse. Ehkki praegu seisavad silmitsi tõhususe, kulude ja regulatiivse vastavuse väljakutsetega, koos materjaliteaduse, tootmisprotsesside ja regulatiivse keskkonna koordineeritud optimeerimisega, on see valmis mängima asendamatut rolli globaalses madalas - süsiniku üleminekul ja muutuda tulevaste nahade naha tekitava nahka tekitava "võimsuse- põhisõidukiks.
