北京
绿色创新：中国智能光伏窗助力建筑节能
World-Energy网 12月3日报道
这款新型智能太阳能窗兼具光电和电致变色功能，既能发电又能调节透入建筑物的太阳辐射量。
中国科学家团队开发出一种新型智能光伏（SPV）窗户，该产品能在调节透入建筑物的太阳辐射量的同时发电。
通讯作者谭羽桐在接受《光伏杂志》采访时表示：“我们研究提出了一种SPV窗户及其运行控制策略，以同时提高建筑能效和电网友好性。结果显示，与传统的低辐射（Low-E）窗户相比，采用热流控制策略的SPV窗户能显著降低过度日光照明比率、峰值负荷、日平均峰谷差以及年净能耗。”
该系统结合了晶体硅电池和电致变色膜。提出的光电致变色装置（PECD）结合了光电功能（将阳光转化为能源）和电致变色（EC）功能，能够改变窗户的透明度并调节照射到建筑物的太阳辐射量。
窗户由透明玻璃盖、功能层、透明玻璃基板、氩气腔和Low-E玻璃片组成，将EC膜夹在第二和第三玻璃表面之间，而Low-E涂层沉积在第五表面上。在有效日光照射区域下方，装有3毫米厚、效率为11.6%的晶体硅条。
该研究团队解释道：“EC膜固定在两个透明基板之间，它包括五层结构：两个透明电极、一个离子存储层、一个离子传导层和一个电致变色层。未施加电压时，EC膜处于漂白状态，可见光透射率最高。施加电压时，离子存储层中的锂离子会涌向电致变色层，电致变色层中的三氧化钨在遇到锂离子后开始着色。施加的电压越高，电致变色膜的颜色越深，导致可见光透射率降低。”
该结构在窗户（Window）程序中构建，然后导出到建筑模拟软件EnergyPlus中。建筑物的尺寸为长50.0米、深4.6米、高2.7米，窗户与墙面比为77%。该尺寸模拟在中国福州、厦门、香港和海口等城市在5月至10月的制冷季节的建筑物运行。这些城市的最大月平均每小时太阳辐射分别为482 W/m²、444 W/m²、468 W/m²和534 W/m²。
针对这款智能窗户，提出了两种控制策略，即太阳辐射控制（CtrlRad）和热流控制（CtrlFlux）。在CtrlRad中，着色状态根据入射太阳辐射阈值变化；在CtrlFlux中，它们根据通过窗户的热流密度变化。此外，还模拟了常规Low-E窗户作为参考。
学者们的分析显示，与Low-E系统相比，采用CtrlFlux控制策略的SPV窗户在减少过度日光照明比率、峰值负荷、日平均峰谷差和年净能耗方面的降低幅度分别为81.6%至93.1%、49.3%至54.5%、54.7%至65.8%和49.1%至69.2%。在CtrlRad控制策略的情况下，与Low-E系统相比，降低幅度分别为92.1%至96.6%、50.9%至57.3%、44.0%至54.2%和44.0%至54.2%。
团队总结指出：“综合考虑有效日光利用率、峰值负荷、峰谷差和净能耗，采用热流控制策略的SPV窗户以整体性能平均提升率55.5%的优势胜出。”谭博士补充道：“未来，还将研究智能光伏窗户对室内日光和热环境的影响。”
该系统在《应用能源》杂志发表的论文《评估结合晶体硅电池和电致变色膜的智能光伏窗户的能效和电网友好性》中提出。该研究由中国湖南大学和中国教育部建筑安全与能效重点实验室的科学家共同开展。
编译：陈 晴（新能源部）
审校：刘梦瑶（新能源部）
编辑：陈 晴（新能源部）
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