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【前沿】光能驱动的智能窗户

千家智能家居网19 全屋智能2017-07-06 13:42

  为了让智能窗户实现自供电,最近美国普林斯顿大学的研究人员开发出一种特殊的透明太阳能电池,它可以有选择性地吸收近紫外光,从而让智能窗户实现完全自供电,且这项技术成本低廉、便于安装、也不影响现有的窗户设计和美观。

  一般来说,炎炎夏日,我们会希望尽可能地将太阳光挡在室外,减少室内空调的开销;寒冷冬日,我们则希望尽可能地让太阳光进入室内,减少室内取暖的开销。有一项前沿科技可以帮助我们实现这一需求,它就是:智能窗户。

  智能窗户能够智能地感知外界光线变化并作出反应,它依靠特殊的材料来实现这些功能。这些材料主要分为电致变色、光致变色、热致变色这几大类。简单说,这些材料会随着电、光、热等外界条件变化而改变自身颜色和透光特性,有效地控制太阳辐射能量进入室内,以达到建筑节能的目的。

  

(图片来源:纳米快报杂志)

  但是,含有电致变色材料的智能窗户为了保证正常运作,也需要有能量供应。因此,在现有建筑中安装这些智能窗户,其过程会显得相对复杂,例如要连接电源、进行布线等等。

  针对上述问题,美国普林斯顿大学的研究人员采用了新型太阳能技术。他们开发出了一种特殊的智能窗户:一种“自供电”的版本,且成本低廉,便于在现有的窗户上安装应用。该系统采用太阳能电池有选择性的吸收近紫外光,从而实现完全自供电。这项研究的论文于6月30日发表于《自然能源》杂志。

研究团队和他们的实验室

(图片来源:普林斯顿大学)

  该校Andlinger能源中心主任称:

  “太阳光是电磁辐射的混合物,由近紫外射线、可见光和红外线(热量)组成。我们想通过智能窗户动态控制自然光线的量和能够进入室内的热量,节约能耗以及让空间变得更加舒适。”

  这种智能窗户能够控制进入建筑内部的可见光和红外线,而这种新型太阳能电池使用近紫外线为系统运行提供能量。

  技术

  由于近紫外光对于人眼来说是不可见的,所以研究人员打算利用它作为激活这种“变色技术”所需要的电能。

  根据研究人员在论文中的描述,他们采用有机半导体,弯曲的六苯并蒄(cHBC)衍生物,制造这种太阳能电池。他们之所以选择这种材料,是由于它的化学结构可以修改,用于吸收窄波段的光线。制造这种太阳能电池的方法,与有机发光二极管制造商所用的制造方法相同,就是将半导体分子沉积在玻璃上形成薄膜。当太阳能电池运行时,太阳光激发cHBC半导体产生电能。

  同时,研究人员设计的这种智能窗户也由电致变色聚合物组成,它可以控制变色,可完全由太阳能电池产生的能量维持运行。当从太阳发出的近紫外光在太阳能电池中产生电荷,电荷将会触发电致变色窗户中的反应,让它从透明变为深蓝。一旦颜色变暗,智能窗户将阻挡80%的光线。

  普林斯顿大学的团队旨在设计一种柔性、自供电的智能窗户系统,能够通过层压应用于现有的窗户。称:

  “某人在他的房屋或者公寓里,将采用这些无线智能窗户层压制品(它具有剥离的粘性的支撑),且将它们安装到窗户的内部。那么你将可以通过手机应用程序(app)控制进入房间的太阳光,从而迅速提高能量效率、舒适度和隐私。”

  美国国家可再生能源实验室的高级研究科学家Joseph Berry,对于太阳能电池有一些研究,但是没有参与这项研究,他说这个研究项目很有趣,因为这种器件具有良好扩展性,并且针对特定部分的太阳光谱。Berry 说:

  “将太阳能电池集成到智能窗户中,让它们对于改造来说更有吸引力,且你无需布线连接电源。电压性能也很好。他们创造出的电压可以直接驱动电子器件,从技术来说,它非常有趣。”

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