بررسی آرایه های شفاف خورشیدی برای برنامه های معماری

مقدمه: مرز بعدی در انرژی خورشیدی

فشار جهانی انرژی تجدید پذیر نوآوری های کاتالیزوری دارد که بسیار فراتر از پانل های سنتی پشت بام گسترش می یابد.در میان امیدوار کننده ترین تحولات آرایه خورشیدی شفاف است - یک تکنولوژی فتوولتائیک که می تواند نور خورشید را برداشت کند در حالی که باقی مانده است - بر خلاف پانل های سنتی مبهم، این دستگاه ها می توانند به طور مستقیم به پاکت های ساختمان، پنجره ها، نماها، و نور آسمان به سطوح تولید برق بدون قربانی کردن نور طبیعی و یا مواد علمی تحول یافته، و کشف این مواد کلیدی و یا فن آوری های شفاف.

چگونه آرایه های خورشیدی شفاف کار می کنند

پنل های شفاف خورشیدی معمولاً به فتوولتائیک (OPVLT) [FLT:perovskite سلول های خورشیدی اعتماد دارند، یا luminrrrrrrrrr (LSCs) را ذخیره می کنند : LSC] برای مثال، نور روشن یا جذب آن ها به عنوان لبه های روشن تر (i مادون قرمز) و یا تبدیل مجدد به آنها در نزدیکی لبه های نور هدایت می شود.

پیشرفت های اخیر در موسسات مانند آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی (NREL) و [FLT 2: Massachusetts Institute of Technology (MIT] باعث شد تا محاسبات شفاف به محدوده 5٪، که در حالی که کمتر از پانل های معمولی (1522٪) است، به اندازه کافی برای ساخت برنامه های مقیاسی که در مقیاس های مقیاس های مقیاس بندی شده اند، اعمال می شود.

مزایای کلیدی در مورد پانل های خورشیدی سنتی

یکپارچه سازی بی حسی بدون Compromise

پانل های خورشیدی سنتی اغلب به عنوان آرایه های بزرگ و بصری جذاب درک می شوند. آرایه های شفاف می توانند در گلدان های شیشه ای، دیوارهای پرده و حتی پارتیشن های داخلی جاسازی شوند، به معماران اجازه می دهد تا طرح های براق و مدرن را حفظ کنند.این ادغام می تواند ارزش واقعی دولت را افزایش دهد و نیاز به ساختارهای جداگانه را از بین ببرد.

استفاده دوگانه از Surface Area

ساختمان ها در حال حاضر با شیشه پوشانده شده اند.با تبدیل مناطق پنجره و نما موجود به منابع انرژی، آرایه های خورشیدی شفاف به حداکثر رساندن برداشت انرژی بدون نیاز به زمین یا فضای پشت بام - یک مزیت مهم در محیط های شهری متراکم است.

نور روز و کنترل گل

بسیاری از مواد خورشیدی شفاف می توانند تنظیم شوند تا اشعه های مضر UV و مادون قرمز را فیلتر کنند در حالی که اجازه می دهد نور قابل مشاهده راحت باشد، این باعث کاهش بار خنک کننده و تابش داخلی داخلی می شود، ایجاد فضاهای داخلی راحت تر و کارآمد تر می شود.

مقیاس پذیری ساختمان های Net-Zero

هنگامی که با پانل های پشت بام مبهم ترکیب می شود، آرایه های شفاف به حرکت ساختمان ها به مصرف انرژی صفر خالص کمک می کنند، برخی از تاسیسات تجاری نشان داده اند که خورشیدی شفاف می تواند 20 تا 30 درصد از نیازهای برق ساختمان را تامین کند.

برنامه های معماری اولیه

ساختمان های دیواری و پرده

برج های اداری، مراکز خرید و ساختمان های مدنی با شیشه های گسترده (مخلاص) کاندیدای ایده آل هستند.[۱] پانل های خورشیدی شفاف جایگزین پانل های شیشه ای استاندارد، تبدیل کل پاکت ساختمان به یک ژنراتور. Edge در آمستردام و Bullitt مرکز [LT:3 در سیاتل نمونه های اولیه ساختمان های انرژی مثبت است که فن آوری های گاز سازی را شامل می شوند.

آسمان و Atriums

تورم بزرگ در فرودگاه ها، موزه ها و مراکز خرید - می تواند با آرایه های شفاف خورشیدی برای جبران روشنایی و استفاده از انرژی HVAC مجهز شود، زیرا این مناطق برای چندین ساعت به طور مستقیم خورشید دریافت می کنند، آنها پتانسیل انرژی بالا را ارائه می دهند.

گلخانه های کشاورزی

پانل های شفاف می توانند تنظیم شوند تا از طریق طول موج های خاص که گیاهان برای فتوسنتز نیاز دارند در حالی که بقیه را به برق تبدیل می کنند، اجازه دهند (FLT:0) گلخانه هایagrivoltaic که به طور همزمان محصولات و انرژی تجدید پذیر تولید می کنند، کاهش هزینه های عملیاتی برای رشد کنندگان.

زیرساخت های شهری

پناهگاه های اتوبوس، مبلمان خیابانی، تاسیسات هنری عمومی و علامت های دیجیتالی می توانند با استقرار های یکپارچه خورشیدی و کوچک در شهرهایی مانند توکیو، لندن و سان فرانسیسکو، طراحی شوند.

ماشین آلات و وسایل نقلیه قابل حمل

فراتر از معماری، خورشیدی شفاف برای Sunroofs ماشین، پانل های پشت گوشی هوشمند و دستگاه های پوشیدنی مورد بررسی قرار می گیرد - هر چند این برنامه ها تا حد زیادی در مرحله تحقیق باقی مانده است.

چالش های فعلی محدود کردن پذیرش گسترده

بهره وری در مقابل شفافیت تجارت

اکثر سلول های خورشیدی شفاف به بهره وری (FLT:0) 10٪ بهره وری در 50-70٪ انتقال نور قابل مشاهده دست می یابند. شفافیت بالاتر می تواند بهره وری را کمتر از 5٪ کاهش دهد، که ممکن است هزینه نصب را توجیه نکند، محققان با سلول های همراه و نانوساختارهای پیشرفته نور برای کاهش این معامله آزمایش می کنند.

هزینه های تولید و مقیاس پذیری

مواد شفاف خورشیدی - به ویژه کسانی که از اکسید قلع درdium (ITO) یا dopants کمیاب زمین استفاده می کنند - برای تولید در مقیاس گران هستند. چاپ رول به ثبت فتوولتائیک ارگانیک و Perovskites پردازش راه حل امیدوار کننده راه برای کاهش هزینه هستند، اما تولید حجم هنوز محدود است.

قابلیت های دور بودن و طولانی مدت

مواد آلی و اسیدسکیت سریعتر در معرض UV و دوچرخه سواری حرارتی نسبت به سیلیکون معمولی کاهش می یابد. انکپساسیون و پوشش های محافظ برای گسترش طول عمر تا 20 سال توسعه یافته اند، اما داده های طولانی مدت زمینه کم است.

تنظیم مقررات و کد Hurdles

کدهای ساختمانی اغلب به رتبه بندی های آتش سوزی خاص، مقاومت تاثیر و عملکرد حرارتی برای محصولات fenestration نیاز دارند. پنل های خورشیدی شفاف باید با این استانداردها مطابقت داشته باشند که هزینه های توسعه و گواهینامه را اضافه می کند.

نصب و راه اندازی واقعی و مطالعات موردی

مرکز کنوانسیون سوئیس، لوزان

یک نمایش اولیه برای هماهنگ کننده های خورشیدی درخشان: پانل های رنگی، نیمه هیدروژل در نمای ساختمان نصب شدند، تولید برق کافی برای برق کافی برای برق روشنایی لابی.این پروژه نشان داد که جذابیت زیبایی شناسی و تولید انرژی به طور متقابل منحصر به فرد نیست.

مرکز رویداد Coors، دانشگاه کلرادو

یک پروژه عقب مانده جایگزین شیشه های معمولی با شیشه های فتوولتائیک شفاف در راهرو ورودی اصلی است.این سیستم در حالی که تولید 12 مگاوات در سال - تقریبا به قدرت 10 خانه برای یک ماه.

تولید خلبان انرژی Ubiquitous Energy

یک چرخش از MIT، انرژی Ubiquitous یک پوشش خورشیدی شفاف را که می تواند به شیشه پنجره استاندارد اعمال شود، تجاری کرده است. خط آزمایشی آنها در کالیفرنیا تولید می کند (FLT:0UE PowerTM پنجره برای پروژه های ساختمانی تجاری، با شفافیت هدف 50٪ و بهره وری نزدیک به 10٪.

اثرات زیست محیطی و پایداری

آرایه های شفاف خورشیدی می توانند به طور قابل توجهی کاهش کربن عملیاتی ساختمان را کاهش دهند.مطالعه ای که در Joule منتشر شده است تخمین زده است که اگر 10٪ از سنگ های تجاری جدید در ایالات متحده از خورشیدی شفاف استفاده می کنند، می تواند بیش از 40 میلیون تن CO2 را در سال جبران کند، زیرا این آرایه ها جایگزین شیشه معمولی (که یک پوشش با انرژی کم است)، هزینه ای نسبتا کم انرژی فتوولتائیک است.

با این حال، قابلیت بازیافت در پایان عمر همچنان یک نگرانی است. [۵] بسیاری از دستگاه های خورشیدی شفاف حاوی ترکیبات آلی یا Perovskite هستند که هنوز به طور گسترده بازیافت نشده اند.تخصوصی صنعت مانند : انرژی خورشیدی برنامه بازیافت انجمن انرژی خورشیدی [FLT 1] در حال تلاش برای ایجاد استانداردهای برای بازیابی مواد نادر است.

قابلیت های اقتصادی و بازگشت سرمایه گذاری

هزینه های نصب شده فعلی برای پنجره های شفاف خورشیدی از 200 تا 500 دلار در هر متر مربع، تقریبا 2 تا 4 برابر هزینه شیشه استاندارد کم است، با این حال، صرفه جویی انرژی و درآمد بالقوه از تعرفه های تغذیه شبکه می تواند یک دوره بازپرداخت 8 تا 15 سال - طول می کشد - طولانی تر از پشت بام، اما جذاب برای ساختمان با سطوح شیشه ای بزرگ و مقیاس های تولید برق بالا است که انتظار می رود.

Metric	Conventional PV Panels	Transparent Solar Arrays
Efficiency	15–22%	5–10%
Transparency	0%	30–70%
Installed Cost per m²	$150–$250	$200–$500
Payback Period	5–10 years	8–15 years
Best‑fit Building Type	Rooftops	New construction with glazing

آینده Outlook و تکنولوژی های نوظهور

سلول های شفاف Perovskite

سلول های خورشیدی Perovskite دستاوردهای بهره وری را از 3٪ تا 25٪ در فقط یک دهه مشاهده کرده اند. محققان در حال حاضر در حال توسعه (FLT:0) فیلم های Perovskite شفاف هستند که می توانند به 12٪ بهره وری در حالی که اجازه می دهد 45٪ انتقال نور قابل مشاهده است، اگر مشکلات ثبات حل شود، این می تواند به فن آوری خورشیدی شفاف تبدیل شود.

Quantum Dot Solar Windows

نقاط کوانتومی – ذرات نیمه هادی اندازه نانومتر – می توانند تنظیم شوند تا طول موج های خاصی را جذب کنند در حالی که نمونه های اولیه شفاف باقی مانده از آزمایشگاه ملی Los Alamos] قادر به دستیابی به 40٪ شفافیت با کارآیی بالاتر از 7٪ هستند. نقاط می توانند بر روی شیشه موجود اسپری شوند، به طور بالقوه بهبود در هزینه پایین.

دستگاه های Tandem شفاف

دو لایه مختلف نور-بردار-که یک نور شفاف و قابل مشاهده است اما جذب UV/IR، دیگری که قابل مشاهده است- می تواند در حالی که شفافیت جزئی را حفظ می کند، کارایی را به سمت 15 درصد افزایش دهد.این رویکرد هنوز در آزمایشگاه است اما وعده هایی برای نسل بعدی ساخت پوست را نشان می دهد.

پنجره های هوشمند با Virtual Storage

ترکیب خورشیدی شفاف با شیشه برقی (گلی که تغییر در تقاضا) می تواند "پنجره هوشمند" ایجاد کند که هر دو قدرت را تولید می کنند و بارهای حرارتی را مدیریت می کنند، استارت آپ هایی مانند "FLT:0Halio [FLT 1] و View [F3] در حال حاضر این ویژگی ها را ادغام می کنند، اگرچه خورشیدی شفاف به جای یک تابع هسته ای به جای آن اضافه می کند.

نتیجه گیری

آرایه های شفاف خورشیدی یک فانتزی دور نیستند - آنها در حال حاضر در حال قدرت گرفتن لابی، چراغ های آسمان و پناهگاه های اتوبوس در سراسر جهان هستند، در حالی که بهره وری فعلی و چالش های هزینه محدود جایگزینی فوری خود را از پانل های معمولی، فن آوری به سرعت در حال پیشرفت است، به عنوان ساخت کدهای ساختمان و برق خالص صفر، رایج تر، معماران و توسعه دهندگان یک ابزار قدرتمند برای تبدیل شدن به سطوح فعال شیشه ای در زیرساخت های انرژی های انرژی، بدون در مقیاس دید شفاف، و شفاف، می تواند به اهداف توسعه دهنده های انرژی، و پایدار، و شفاف تبدیل شود.