New Horizon for Urban Energy: Solar Windows כ- Distributed Generation Assets

נופים עירוניים מוגדרים על ידי זכוכית ופלדה. Skyscrapers, מגדלי משרדים, ומגדלי מגורים גבוהים נוכחים אזורי משטח עצומים, השמש-המוצקים שנותרו ללא פגע בייצור אנרגיה מסורתית השמש, בעוד יעיל, הוא מוגבל על ידי קטעי ריבוע, מגבלות עומס מבניות, וגילוח ממבני כוח סמוכים.

היקף ההזדמנויות הוא עצום.על פי ניתוח של 2022 על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת, photovoltaics בעל מבנה (BIPV), כולל חלונות סולאריים, יכול לעמוד עד 40% מביקוש החשמל בארה"ב אם הוא פרוס במלואו על פני מבנים מסחריים ו למגורים.בניגוד חוות סולאריות קונבנציונליות הדורשות אדמה ייעודית, חלונות סולאריים מנצלים תשתיות אנכיות קיימות, מה שהופך אותם כלי קריטי למרכזים עירוניים צפופים, שבו שטח הוא פרימה מתקדמת וטיפוסי דם נמוך יותר מתמונות פחמן דו-טיפוס בינוניות, מקודמותקטיביות, מקודמותרפיות, ומסחריים, מצריכת חשמל, ומדכאות, מטווח מסחרי, מקודמותרפיסט, מצריכת חשמל בינוני, מצריכת אותות.

מה זה Windows השמש?

חלונות סולאריים הם יחידות זוהרות מונדסות המשלבות חומרים פוטו-וולטאיים המסוגלים ללכוד אורכי גל ספציפיים תוך שמירה חלקית או שקופה מלאה לאור גלוי.בניגוד ללוחות סולאריים מסורתיים, חלונות אלה נועדו לתפקד הן כחטיפה והן גנרטור אנרגיה.טכנולוגיית הליבה מסתמכת על ספיגה סלקטיבית: התאים קציר אולטרה סגולה ופוטונים, אשר נושאים אנרגיה משמעותית אך בלתי נראים לעין האנושית, תוך כדי אפשרות ללקיחה זו.

קיימות מספר גישות הקיימות בשוק כיום.תאים סולאריים אורגניים (OPVs) משתמשים בפולימרים מבוססי פחמן שניתן להדפיס על תת-שכבות גמישות או זכוכית. Dye-sensitized תאים סולאריים (DSSCs) לחקות פוטוסינתזה טבעית, באמצעות צבע רגיש תמונה כדי ליצור אלקטרונים; תאים אלה מבצעים גם אור דקו ושמירת פערי למחצה.

כיצד Windows סולארי יוצר כוח?

העיקרון הבסיסי נשאר אפקט photovoltaic. כאשר photons להכות את החומר הפעיל - בין אם פולימר, צבע או תרכובת גבישית - אלקטרונים הם נרגשים ליצור זרם ישיר. זרם זה נאסף על ידי אלקטרודות התנהגות שקוף, בדרך כלל עשוי מדלקת שתן indium (ITO) או ננו-מדומים כסף, ותוואי מערכת ניהול אנרגיה לא מופרעת או בניין.

חלונות סולאריים אופייניים מייצרים בין 30 ל -100 וואט למ"ר תחת השמש המלאה, בהשוואה ל-150 עד 200 וואט עבור פאנל מונוקריסטלטי קונבנציונלי.יעילות נמוכה זו היא מתמוססת על ידי שטח פני השטח הגדול ביותר הזמין על בניין קומות גבוה. מגדל בן 40 קומות עם 10,000 מ"ר של בוהק יכול לייצר מעל 500 קילו של פסגות כוח, מספיק כדי להתחיל חלק משמעותי של עומסי אנרגיה, יותר ויותר, כמו גם קיבולת השמש שלה.

יתרונות של Windows השמש בהגדרות עירוניות

חלונות סולאריים מציעים הצעת ערך משכנעת עבור אדריכלים, בעלי בניין ומנהלי שירותים.המידות העיקריות שלהם היא היכולת לייצר כוח ללא צריכת נדל"ן עירוני בקושי. כאשר הם פרוסים על פני הבד הבנוי של העיר, הם יוצרים תחנת כוח וירטואלית המופץ על פני אלפי יתרונות מרכזיים מקושרים כוללים:

  • (FLT:0)Space Efficiency:FLT:1 זהו היתרון המיידי ביותר.בניינים עירוניים מקדישים אחוז גדול משטחם לחלונות ולא לאזור גג.חלונות סולאריים להמיר משטחים אנכיים אלה - אשר לעתים קרובות אינם מובלים מעל גובה מסוים - לתוך נכסים מניבים הכנסות.
  • (FLT:0) ,Atasthetic ערעור: 1FLT פתרונות BIPV המוקדמים היו ביקורת על המראה התעשייתי שלהם ואת צבעי חזק ערכות צבע.חלונות סולאריים מודרניים זמינים באפור נייטרלי, ברונזה, או גוון כחול שמחיש זכוכית נמוכה סטנדרטית.השכבה photovoltaic ניתן לטבול בתוך המחבת הפנימית של יחידת זכוכית מבודדת, שמירה על המראה החיצוני של מחוזות או בניינים גבוהים, שבו הם מציעים לוחות פעילים קרוב לאזורים, או שטח מוגבל, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, או שטח, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של כמה מבנים יציבים, או מוגבל, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של כמה מבנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, או מרכזי, או אזורים מורכבים, או אזורים מורכבים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, שבו הם קיימים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים במרחק של כמה מבנים, אשר נמצאים במרחק של תאים מסוכנים, אשר נמצאים
  • (FLT:0)אנרגיה אי-יעילות: FIRLT:1 מעבר לדור, חלונות סולאריים מספקים יתרונות פסיביים.ציפוי השמש משקף ו סופג קרינה אינפרא אדום, צמצום רווח חום בחודשי הקיץ והורדת עומסי קירור.אפקט "השביטחוני" זה לעתים קרובות דומה לגלם תלת-ביצועים גבוהים.
  • (FLT:0) היתרונות של ההנעה:FLT:1 כל קילוגרם שעה שנוצר על ידי חלון סולארי מקטין קילומטר מהרשת, אשר עשוי לבוא מדלקים מאובנים.מעל מחזור חיים בן 30 שנה, מתקן חזית מלא יכול לכבות מאות טון של פחמן דו חמצני.בנוסף, כי החלונות מיוצרים באמצעות תהליכי ציפוי זכוכית, שרשרת האספקה כבר בוגר, המאפשר ייצור אנרגיה נמוכה במהלך ייצור אנרגיה נמוכה.

דור וחוסן

לעתים קרובות להתעלם מהיתרונות הוא התפקיד של חלונות סולאריים יכול לשחק תמיכה ברשת. הדור המנופח להפחית את אובדן השידור כי כוח נצרך באתר.במקרה של רשת מחוץ לרשת, מבנים המצויים בחלונות סולאריים ואחסון סוללות יכולים לפעול במצב, שמירה על תאורה ביקורתית ואוורור.

טכנולוגיה עמוקה: חומרים ויעילות

כדי להעריך את המצב הנוכחי ואת מסלול עתידי של חלונות סולאריים, יש לבחון את החומרים מדע המניע חדשנות.המסחר הבסיסי הוא בין שקיפות ויעילות. חלון ברור לחלוטין משדר מעל 90% של אור גלוי, אבל רוב חומרי photovoltaic הם ⁇ כי הם מסתמכים על שכבות סופגות עבות. החוקרים פותרים זאת באמצעות סינון ננוור ואורך גל.

צילום: Photovoltaics

הדור הראשון (Silicon wfer) ודור שני (thin-film צוירואיד) תאים סולאריים הם במידה רבה ⁇ . עבור יישומי חלונות, טכנולוגיות הדור השלישי שולטות:

  • (FLT:0 Organic Photovoltaics (OPVssib): 1:1 מוליכים למחצה מבוססי פחמן שניתן לעבד על זכוכית.הם מציעים שקיפות גלויה של 20-40 אחוזים ויעילות סביב 10-14% בהגדרות מעבדה. כאשר נעשה שימוש ב- tandem עם תאים סיליקון, הם יכולים לקצור חלקים שונים של אור.
  • (FLT:0)Perovskite סולרי תאים:FLT:1 מתכת halide perovskites השיגו רווחי יעילות יוצאת דופן - מ 3.8 אחוזים בשנת 2009 ליותר מ -26 אחוזים ב 2024 עבור תאים חד-פעמיים. עבור חלונות למחצה, סרטים perovskite רק 200-400 ננומטר ניתן להפקיד, שמירה על 30-60 שקיפות צבע הוא גם אפשרי על ידי התאמת החומר.
  • (FLT:0)Quantum Dot Solar Cells:03FLT:1 ; גבישים בגודל ננומטר בגודל של מוליכים למחצה המציגים אפקטים של הגבלת זמן קוונטית, על ידי גודל dot שונה, יצרנים יכולים לכוון את קצה הקליטה, יצירת חלונות שהם כמעט חסרי צבע תוך המרת אור כמעט ללא צבע.

אתגרים אינטגרציה

למרות הצלחות מעבדה, ייצור תשואה, יציבות לטווח ארוך, ושוויון בעלויות נשאר מחסומים. Perovskite חומרים, למשל, מתפתל כאשר נחשפים לחות וחמצן; אסטרטגיות capsulation חייב להאריך את החיים כדי להתאים את האחריות של 20-30 שנה הצפויה בבניית מוצרים.חומרים אורגניים גם להתמודד עם ירידה אולטרה סגולה, אם כי התקדמות מהירה מתבצעת באמצעות סרטים מדגמים קטנים (10x) ללוחים מלאים של סוללות (1.5x) ופתרונות לייזרים).

אתגרים ומגבלות

חלונות סולאריים עדיין אינם תחליף לזכוכית קונבנציונלית.יש להתגבר על כמה מכשולים טכניים וכלכליים לפני שהם משיגים אימוץ שוק רחב.

  • (FLT:0)Lower Power Output: FLT:1 הפער היעילות הוא הסגירה המצוטטת ביותר לעתים קרובות. בעוד פאנל סולארי מסורתי ממיר 20-22 אחוזים מאור השמש, חלון סולארי בעל ביצועים גבוהים משיג 10-14 אחוזים בתצורה של חצי קידוד. עבור יישומים רבים, ההחזר הכספי למטר מרובע נמוך יותר, הדורש אזורים גדולים יותר כדי להשיג את אותה תגמול, עבור אלפי מ"ר, עדיין תפוקה משמעותית של זכוכית עדיין.
  • (FLT:0) חומרי ייצור עולים:FreaLT:1 ציוד המכס, שכבות התנהגות שקוף מיוחדות וחומרים כיפוף לנהוג עלויות גבוהות יותר מכוס צף סטנדרטית עד שהייצור יגיע לגודל ג'יגהוואט, העלות של חלונות סולאריים יהיה עולה על זה של לוחות גג.חלק מההערכות מציבות את הפרימיה ב 1.5 עד 3 פעמים בוהק קונבנציונלי - rdhule כי ייתכן שיש לקבל רק עם מס ירוק או רק עם אישורים.
  • (FLT:0) אחריות ואמינות: בניית מוצרים משולבים חייב לעמוד על אופניים תרמיים, לחות, חשיפה UV, עומסים מכניים (wind, השפעה) בדיקות ההזדקנות מואצות עדיין להיות מעודן לחזות ביצועים 25 שנים.כשלי מוצר מוקדם - דלמנטון, פירוק או הפחתת חשמל - הפכו את המפרטים זהירים.
  • (FLT:0Shading and Orientation Constraints: ⁇ 1) שלא כמו מערך גג שניתן להטות באופן מיטבי ולעקוב אחר, חלונות סולאריים נקבעים באוריינטציה אנכית עם גילוח ספציפי באתר.חלונות צפופים על בניין חצי הכדור הצפוני מייצרים כוח רשלני.קומה עמוקה עשויים גם להצליח חלק מהזכוכית.

פיזור ההרחבה והסטנדרט

בניית קודים וסטנדרטים חשמליים לא תפסו במלואם עם דירוגי בטיחות משולבים של PV. Fire, בדיקות מבניות ודרישות חיבור חשמליות משתנות על ידי סמכות שיפוטית ולעתים קרובות מניחים מערך גג נפרד.הסכמי אינטרקוון עם שירותים מקומיים יכולים להיות מגובשים כאשר מקור הדור מוטבע בחזית. קבוצות כמו מועצת הקוד הבינלאומית מפתחים תקני BIPV ייעודיים, אך אימוץ הוא מפוצל.

המונחים: Urban Deployment Scenarios

כדי להבין פריסה מעשית, יש לשקול שלושה אפיזולוגיות נפוצות בסביבות עירוניות:

מגדלי משרדים מסחריים

עבור בניין משרדים בן 30 קומות עם 60 אחוזים החיצוני זוהר, חלונות סולאריים יכולים לכסות את שתי הזכוכית הראייה (שם הדיירים מסתכלים בחוץ) ופאנלים רחבים (סעיפים קדומים בין רצפות) מעצבים רבים לחקור "אלקטרוני" או "פוטובקטיקה" משתרע כמו אזור הדור הראשי, שמירה על ראייה ברורה עבור נופים.

פיתוח מגורים מעורב

מגדלי מגורים נהנים מחלונות סולאריים באזורים משותפים – כיכרות, מסדרונות וחזיתות – שבהם שקיפות אינה קריטית, והכוח יכול לשמש למעלית, תאורה ומערכות אוורור. טנפורטים עשויים לראות האשמות נפוצות מופחתות.חלק מהרשויות השיפוט דורשות דור מתחדשים עבור מבנים חדשים; חלונות סולאריים מספקים זאת ללא הדבקה או חלל.

פרויקטים מתקדמים

מבנים קיימים יכולים להיות משודרגים על ידי החלפת חלונות קונבנציונליים עם מודולים בוהקים PV במהלך שיפוץ חזיתי מתוכנן. המקרה העסקי משתפר כאשר החלונות הסולאריים מזיזים את העלות של בוהק סטנדרטי (התקנה) בתוספת העלות להימנע של רכישת לוחות סולאריים מקבילים בנפרד.עבור מבנים מסומנים ציון דרך שבו לוחות גג אסורים, חלונות סולאריים הופכים להיות רק קיימא על-site אפשרות.

שילוב עם מערכות אנרגיה

הפוטנציאל האמיתי של חלונות סולאריים הוא הבין כאשר הם משולבים במערכת ניהול אנרגיה הוליסטית בניין (BEMS) את התפוקה הנוכחית הישירה של החלונות ניתן להשתמש כדי לטעון אחסון סוללות, להאכיל מעגלים תאורה LED ישירות, או לספק כוח לבנות בקרים אוטומציה. מיקרו-מנועי או אופטימיזציה כוח הם בדרך כלל מותקן מאחורי כל חלון כדי להמיר DC ל- AC ולבצע ניטור ברמת מודול.זה מאפשר מנהלי התקנים לאתר ביצועים, מוקדם של חלונות אופטימיזציה, וכשלים המבוססים על ידי הדור הראשון, על התאמות, על ידי התאמות, על ידי תאים.

יתר על כן, חלונות סולאריים יכולים להיות מזוהים עם טכנולוגיות זכוכית חכמות שמתאימות לקרינת השמש.כאשר שכבת PV משולבת עם חומרים אלקטרו-כרומית, החלון יכול לעבור מברור ליזום בעת ובעונה אחת, ייצור כוח.התוצאה היא חזית דינמית שמאזנת אור יום, בקרת זוהר, וייצור אנרגיה - מושג שנבחן ב-FLT:0 ייצור אנרגיה מתחדשת של מודל זהב עבור מודל 1 של קולורדו, שבו הם נתונים אימות, ייצור נתונים, שבו הם מודלים של אורטיפוס 1:1.

מקרי חירום ואירועי שוק

בעוד שעדיין מוקדם, כמה מתקנים בולטים מפגינים את יכולת הטכנולוגיה:

  • (FLT:0)Felopleph:1 (Onyx Solarphphalph:2) ,3 הטמיעה את כוס ה-BIPV ביותר מ-40 מדינות, כולל המטה של הרכבות הפדרליות השוויצריות ותותחי שמש בנמל התעופה הבינלאומי סן פרנסיסקו.
  • (FLT:0) Ubiquitous EnergyFLT:1Build פיתחה ציפוי פוטו-וולטאי שקוף שניתן ליישם על זכוכית צף סטנדרטית.הם השלימו התקנת טייס על בניין אוניברסיטת מישיגן, שבו מערך חלונות 100 מטרים מרובע מחוזק שלט דיגיטלי תאורה.החברה היא קנה מידה ייצור במתקן בסן לנדרו, קליפורניה, במטרה לזמינות מסחרית עד 2025.
  • [ה]ב"ה]"ה'[דרוש מקור] [ב]"ה']"[2] [15],"ה']"[דרוש מקור] מ[[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[[[19[[1924]]

בסין, העיר שנזן קבעה כי 40% מכל המבנים החדשים משיגים לפחות דירוג בנייה ירוקה "שלושה כוכבים", אשר מגבירה את ה-BIPV. Developers מציינים חלונות סולאריים לעשרות מיליוני מטרים רבועים של בנייה חדשה, תוך ירידה בעלויות באמצעות רכישה גדולה.זה זנב רגולטורי יכול להפוך את סין לשוק בקנה מידה גדול הראשון עבור חלונות סולאריים, מה שמציב תבנית עבור מגה-קליפות אחרות.

תחזית עתיד

המחקר והפיתוח מתקדמים במהירות על פני חזיתות מרובות.מפת הדרכים הנוכחית ממטרות 20% יעילות בשילוב עם 50 אחוזים אור גלוי שידור בתוך חמש שנים, סף אשר יגרום לחלונות הסולאריים לעלות תחרותית עם לוחות סטנדרטיים במונחים של תשואה אנרגיה חיים. חידושים nanomaterials - כגון צינורות פחמן ומוליכים שקוף גרפן - צפויים להפחית את ההתנגדות של הסדרה ולשפר את הגורמים.

התמיכה במדיניות מתפתחת גם.חוק הפחתת האינפלציה בארה"ב כולל זיכויים מס לבניית פוטו-וולטאיקים, מתן זיכוי מס השקעה של 30%. ביצועי האנרגיה של האיחוד האירופי של הוראת מבנים דורש כעת כמעט אפס מבנים אנרגיה, תוך הגבלת ה-BIPV כנתיב תאימות. מסגרות רגולטוריות אלה הן השקעה בסיכון ליצרנים וצמצום תקופת התגמול עבור בעלי מניות.

אחד בכיוון מחקר מבטיח כרוך "מצטברים סולאריים" (LSCs) אלה הם פאפונים שקוף doped עם צבעי פלואורסנט שלוכדים אור אירוע ו גל להנחות אותו כדי לחוד החנית תאים סולאריים מודרך קצה. LSCs יכול להיות שקוף מאוד (יותר מ 80 אחוזים) והם קלים לייצור באמצעות עיבוד פלסטיק קיים. Effici נשאר נמוך, כ 7%, אך עבודה מתמשכת על ביצועים קוונטיים על ביצועים דו-מיים דוחקים הוא דחיפה.

התפתחות נוספת לצפות היא שילוב של חלונות סולאריים עם כלי רכב ל-Grid (V2G) ומבנה-to-grid (B2G) מערכות בעיר חכמה, כל חלון סולארי הופך למיקרו-מארגן מוסמך, להאכיל נתונים בזמן אמת לענן אנרגיה עירוני. במהלך תקופות של אי-דיוק, עודף כוח יכול להיות מוכוון לבנקים של סוללות משותפות או מטען חשמלי.

ההתכנסות של עיצוב אדריכלי, חומרים מדע, תשתיות דיגיטליות מציבה חלונות סולאריים כאבן הפינה של הדור המופץ.בעוד שהשמש הקרקעי תמשיך לשלוט בפרויקטים בקנה מידה של תועלת, חלונות סולאריים ממלאים פער שאף טכנולוגיה מתחדשת אחרת לא יכולה: הם מייצרים כוח בדיוק במקום שבו אנשים חיים ועובדים, על פני השטח האנכיים המגדירים את קו הרקיע העירוני.