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        自發(fā)電智能變色玻璃

        2021-08-26 03:29:10西北工業(yè)大學(xué)
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:透光率變色導(dǎo)電

        西北工業(yè)大學(xué)

        袁楚涵,張更更,邱泉潤(rùn),周星宇,李承霖

        1 作品介紹

        自發(fā)電智能變色玻璃基于透明光伏發(fā)電系統(tǒng)、電致變色玻璃、系統(tǒng)集成等核心技術(shù)開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目針對(duì)目前研究中透明電池效率和發(fā)電與光線(xiàn)調(diào)控一體化問(wèn)題提出透明太陽(yáng)能電池與智能玻璃集成化,采用低成本的透明光伏電池為電致變色窗提供動(dòng)力來(lái)源,無(wú)需外接線(xiàn)路,具有節(jié)約能源、減少布線(xiàn)、吸收熱輻射和調(diào)控入射光強(qiáng)等功能,提高了光電轉(zhuǎn)化效率,實(shí)現(xiàn)了發(fā)電與調(diào)光的同步。此外,項(xiàng)目自主開(kāi)發(fā)集成系統(tǒng),增加了基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程調(diào)控功能,可適應(yīng)不同場(chǎng)景。

        該智能玻璃可應(yīng)用于家用門(mén)窗、汽車(chē)玻璃、飛機(jī)舷窗等處,實(shí)現(xiàn)室內(nèi)光及熱耗散的調(diào)節(jié),并保護(hù)隱私。白天陽(yáng)光充裕,智能玻璃可實(shí)現(xiàn)自供能,光伏系統(tǒng)為變色玻璃供電,并將多余電能儲(chǔ)存在蓄電池中;夜晚、陰天時(shí)光照不足,蓄電池放電使玻璃能夠正常使用;若長(zhǎng)時(shí)間陽(yáng)光不足,可通過(guò)外接電源供電。

        2 技術(shù)原理說(shuō)明

        項(xiàng)目小組選用SnO2-TiO2復(fù)合電子傳導(dǎo)層作為電子傳輸材料,以ITO/FTO導(dǎo)電玻璃作為透明導(dǎo)電基底材料。前期選定MAPbCl3制備光伏電池,實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外光的吸收,選擇 PbCl2制備電子傳輸層,以Spiro-OMeTAD層作為空穴傳輸層,選定ITO/FTO制備透明電極。后續(xù)不斷改善反應(yīng)條件和具體參數(shù),保證各層均正常工作。對(duì)試樣進(jìn)行透光率和電壓測(cè)試,發(fā)現(xiàn)不可見(jiàn)光透過(guò)率為2%,可見(jiàn)光透過(guò)率超60%,電壓值為1.5 V,可滿(mǎn)足常規(guī)電子元件供電需求。透明光伏電池透光率測(cè)試曲線(xiàn)如圖1所示。

        圖1 透明光伏電池透光率測(cè)試曲線(xiàn)

        本項(xiàng)目采用溶膠-凝膠法制備變色層,通過(guò)Cu和Bi在ITO表面進(jìn)行可逆沉積,從而實(shí)現(xiàn)著色與褪色過(guò)程。與傳統(tǒng)100~1 000 nm厚度的變色材料不同,金屬由于其高消光系數(shù),往往在20~30 nm厚度時(shí)呈現(xiàn)高度不透明狀態(tài)。玻璃主體由透明導(dǎo)電玻璃(玻璃表面鍍有Pt修飾的ITO)、電解液、銅電極構(gòu)成,外緣采取丁基橡膠真空灌裝,保證密閉性。

        項(xiàng)目電路利用光伏電池發(fā)電,通過(guò)信號(hào)接收器接收外界信號(hào),實(shí)現(xiàn)電壓的主觀(guān)調(diào)控,并將電能儲(chǔ)存在蓄電池中,從而實(shí)現(xiàn)智能玻璃變色的主觀(guān)調(diào)控。產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

        圖2 產(chǎn)品模塊設(shè)計(jì)

        3 作品創(chuàng)新點(diǎn)、應(yīng)用前景和市場(chǎng)

        (1)節(jié)能環(huán)保:相比普通玻璃,智能變色玻璃可通過(guò)變色功能為建筑內(nèi)部調(diào)節(jié)光線(xiàn)強(qiáng)度,冬季增加陽(yáng)光照射量,夏季減少陽(yáng)光照射量,為建筑節(jié)省電能。

        (2)應(yīng)用價(jià)值:目前市面上的變色玻璃需外接電源線(xiàn),本產(chǎn)品通過(guò)光伏系統(tǒng)自發(fā)電,使用時(shí)無(wú)需安裝外部線(xiàn)路,集多功能于一體,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

        (3)技術(shù)領(lǐng)先:目前市面上較成熟且應(yīng)用范圍較廣的光致變色玻璃,只能根據(jù)光線(xiàn)強(qiáng)弱被動(dòng)變色,而本產(chǎn)品具有主觀(guān)調(diào)控能力,使用者可自主調(diào)控室內(nèi)光。

        (4)市場(chǎng)潛力:據(jù)Credence Research機(jī)構(gòu)公布的報(bào)告顯示,2020—2026年,全球智能玻璃市場(chǎng)將以17.3%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng),全球建筑玻璃面積需求到2023年達(dá)135.6億美元。國(guó)內(nèi)外智能玻璃市場(chǎng)廣闊。

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