在美國,住宅樓和辦公樓占耗電量的75%,占整個能源使用量的40%。由于窗戶泄漏能量,因此窗戶是解決問題的重要環(huán)節(jié)。
美國科羅拉多州戈爾市登國家可再生能源實驗室的太陽能專家蘭斯·惠勒說:最近的系列研究成果指向同一個解決方案——把窗戶變成太陽能
電池板。過去,材料科學家已經將光吸收薄膜鑲入玻璃窗中。但是,這種太陽能窗往往會有紅色或褐色色調,建筑師們覺得沒有吸引力。然而,新型太陽能窗技術幾乎只能吸收不可見的紫外線和紅外線,這樣能使玻璃變得清澈透明,同時阻攔通常透過玻璃泄漏過去的紫外和紅外輻射,這些輻射有時產生一些不必要的熱量;堇照f:通過在發(fā)電的同時減少熱量排放,這種窗戶“有著廣闊的前景”,包括存在這種可能性——大型辦公樓將能夠自行供電。
大多數太陽能電池,就像在行業(yè)中占主導地位的標準晶體硅電池一樣,為了使其效率最大化而犧牲了透明度。這里的效率是指陽光中的能量轉化為電力的百分比。最高質量的硅電池效率為25%,而一類被稱為“鈣鈦礦”的不透明太陽能電池材料的效率接近硅電池,最高效率為22%。鈣鈦礦不僅比硅更便宜,而且還可以通過調整化學成分的配比使其吸收特定頻段的光線。
不久前,密歇根州立大學化學工程師理查德·倫特(Richard Lunt)領導的一個研究團隊報道說:該團隊對材料進行了調整,開發(fā)了一種吸收紫外線的鈣鈦礦太陽能窗,效率為0.5%。盡管這種太陽能窗的效率遠遠低于最佳性能的鈣鈦礦電池,但是倫特說它足以為另外一種太陽能窗技術提供電力:一旦需要可以使玻璃變暗,阻攔白天炎熱時段的強烈光線,因而可以減少樓房對空調的需求。倫特認為:在接下來的幾年中,他的團隊會暢通無阻地使太陽能窗達到4%的效率。憑著這樣的效率,這種電池可以為一些樓房的照明和空調提供電力。
光譜的另一端是紅外光,它比紫外光更加強烈地照射著地球的表面,因此可以產生更多的電能。去年,倫特的團隊在《自然-能源》雜志上報道說:該團隊制造了一種透明的、吸收紫外線和紅外線的電池,效率為5%,利用的是“有機光伏”技術——一種有機半導體和金屬構成的夾層薄膜。倫特稱,未來的系統(tǒng)將捕獲紫外線的鈣鈦礦和捕獲紅外線的有機物結合起來,能夠達到20%的效率,同時仍可實現幾乎完全透明。
使太陽能窗透明的另一種方法需要依靠所謂的“發(fā)光太陽能聚光器”。這樣的太陽能窗中使用了量子點,這些量子點是微小的半導體顆粒,吸收紫外和紅外頻段的光線,并且以傳統(tǒng)太陽能電池能夠捕獲到的波長重新釋放出來。重新釋放的光線集中起來,通過玻璃側向分流至鑲嵌在窗框中的條狀太陽能電池中。由于量子點制造起來便宜,而且只需要少量的太陽能材料來捕獲重新釋放出來的光線,這種太陽能窗在價格上有望比較便宜。1月份,新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的化學家維克多·克里莫夫(Victor Klimov)及同事在《自然-光子學》雜志上報道說:這樣的太陽能窗已經達到了3.1%的效率。
加州帕洛阿爾托市斯坦福大學太陽能窗專家兼鈣鈦礦專家邁克爾·麥吉(Michael McGehee)說:現在還不能不考慮半透明太陽能窗的事情。例如,去年美國能源部給予加州圣巴巴拉市的下一代能源技術公司250萬美元,用于完善其半透明有機太陽能窗技術。這家公司的太陽能窗達到了7%的效率,利用的窗戶能夠吸收一半的入射陽光,包括可見光在內。跟透明的玻璃相比,可能暗了一些,但是由于吸收整個光譜的光線而不是特定頻段的光線,并沒有呈現出難看的紅色或褐色色調。身為下一代能源技術公司顧問的麥吉說:“事實證明,吸收大約所有可見光的一半看起來是很不錯的技術。”
(責任編輯:王杰)