如今，利用建筑窗戶來(lái)節(jié)能發(fā)電的案例已屢見(jiàn)不鮮。但現(xiàn)有發(fā)電窗技術(shù)主要是將透明光伏電池與建筑玻璃相結(jié)合，提高發(fā)電效率往往以犧牲窗戶透明度為代價(jià)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員嘗試了諸多方法，但都不盡如人意。如：多結(jié)太陽(yáng)能電池存在產(chǎn)生的紅外熱負(fù)荷可能導(dǎo)致器件可靠性降低、使用壽命短的問(wèn)題。而透明光伏電池則受到了光損失、電損失、空氣敏感性等問(wèn)題的限制。

近日，中科院上海硅酸鹽研究所在節(jié)能發(fā)電窗研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展——柏勝?gòu)?qiáng)正高級(jí)工程師、陳立東研究員團(tuán)隊(duì)和曹遜研究員、金平實(shí)研究員團(tuán)隊(duì)，與德國(guó)、英國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)合作，提出了基于“光—熱—電轉(zhuǎn)換”的節(jié)能發(fā)電窗技術(shù)，采用波長(zhǎng)選擇性吸收薄膜與熱電器件耦合，將太陽(yáng)熱轉(zhuǎn)化為電能。

研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)提出了“光—熱—電轉(zhuǎn)換”理論，將具有波長(zhǎng)選擇性吸收的薄膜集成在透明玻璃上，該薄膜允許可見(jiàn)光通過(guò)，同時(shí)可以吸收不可見(jiàn)的紫外線和紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為熱能。

“這個(gè)有點(diǎn)像給窗戶貼上晶體復(fù)合膜。但這層膜，我們可以做到微米甚至納米級(jí)。”曹遜解釋道，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將無(wú)機(jī)晶體材料做成薄膜，使其具有光學(xué)性質(zhì)，將其附著于中空玻璃的中間層，在四周安上電極，并且可依照人們的需求設(shè)計(jì)玻璃的透過(guò)率，從而利用太陽(yáng)光的不可見(jiàn)光波段實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。

曹遜表示，這項(xiàng)技術(shù)得益于學(xué)科交叉的發(fā)現(xiàn)。“過(guò)去我們更多關(guān)注的是光熱調(diào)控，只關(guān)注隔熱，并不關(guān)注熱的去向和再利用。這就導(dǎo)致了至少40%的光熱被浪費(fèi)。所以，光熱調(diào)控之后該怎么辦？當(dāng)光熱與熱電結(jié)合，這個(gè)問(wèn)題就得到了解答。”曹遜坦言，研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)考慮的不僅是如何有效地收集熱量，而且還要將其轉(zhuǎn)化成電能，將光、熱、電三者打通，不斷提高能源利用率。

目前，該項(xiàng)目還處于基礎(chǔ)研究階段。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了兩年的研究攻關(guān)，而實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化至少還需兩年左右的時(shí)間優(yōu)化。

“目前的調(diào)節(jié)還是被動(dòng)的，在技術(shù)成熟后，有望在未來(lái)與智能化設(shè)備做融合，自動(dòng)調(diào)整玻璃的透過(guò)率與熱電轉(zhuǎn)換。就如自動(dòng)變色眼鏡一樣�！辈苓d說(shuō)，“團(tuán)隊(duì)最終要實(shí)現(xiàn)的是可控、可變的節(jié)能玻璃。”曹遜認(rèn)為，該技術(shù)在性能上還有很大的優(yōu)化空間，下一步團(tuán)隊(duì)將專注于性能上的優(yōu)化和調(diào)整，之后再考慮中試和放大。

未來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還將在新材料應(yīng)用技術(shù)的研發(fā)中兼顧技術(shù)的實(shí)際落地，努力推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。“只要薄膜技術(shù)成熟，這樣黑科技的節(jié)能玻璃就能走向市場(chǎng)�！辈苓d說(shuō)道。

據(jù)介紹，從國(guó)際能源署 (IEA) 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，建筑及其相關(guān)能耗已占全球總能耗的三分之一以上，建筑用能對(duì)全球二氧化碳排放的“貢獻(xiàn)率”接近40%。因此，利用建筑物實(shí)現(xiàn)節(jié)能甚至發(fā)電，成為推動(dòng)城市綠色發(fā)展的重要舉措，對(duì)全面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)具有重要意義。

（來(lái)源：上海嘉定）

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