Güneş Windows'ta Işık Yönetimi Bilimi

Güneş pencereleri binaya monte edilen fotovoltaikler (BIPV), normal cam yüzeylere doğal gün ışığı korumak için elektrik üretme imkanı sağlar. Güneş spektrumunu kontrol etmek için meydan okuma yalanlar: görünür ışık kaplamaları (400-nm) aydınlatmak için geçmelidir, yakın zamanda (NIR) ve UV) dalga boyun eğlendirici (UV) dalgalar - ısı ve malzeme bozulmasına neden olur - verimli bir şekilde enerji verimliliği sağlamak için küçük enerji tasarrufu sağlar.

Key Kaplama Teknolojileri

Anti-Reflective Kaplamalar

Anti-reflective (AR) kaplamalar yüzey yansımalarını azaltır, pencereye girmek için daha fazla ışık sağlar. Güneş pencereleri için, bu, tüm görünür spektruma ulaşan ve foton flux'ın ısıtılmasına ulaşır. Standart AR kaplamaları, silikon nitrit veya magnezyum fluoride gibi malzemelerin dörtte metresi ile kıyasla azalır.Son gelişmeler için nanoyapılı motheye yönelik tüm görünür spektrumları sağlar.

Spectrally Selective Kaplamalar

Spectrally seçici kaplamalar, renkli ve ultraviyole radyasyonu gibi şeffaf oksitler kullanarak görünür ışık iletmeyi amaçlamaktadır. Bu, optik filtreler olarak hareket eden birden ince film yığınlarını kullanarak elde edilir. Örneğin, dielektrik-metal-elektrik (DMD) yüksek ısıtmalı iç mekanlar arasında elektrik üreten güneş pencereleri oluşturmak için merkezidir.

Düşük izinli (Low-E) Kaplamalar

Düşük kaplamalar zaten enerji verimli pencerelerde ısı yalıtımı için yaygındır. Güneş pencerelerinde, iki kat daha fazla ışık aktarımına izin verirken, bu kaplamalar ısıyı yaz aylarından ve aşırı güneş ısısını kontrol eder (SHGC-coat Low-E katmanları, tipik olarak gümüş bazlı, pencerenin genel enerji dengesini artırır ve uzun dalgayı yansıtacak şekilde ayarlanır.

Fotovoltaic Kaplamalar

Fotovoltaik (PV) kaplamalar güneş ışığı doğrudan pencere yüzeyinde elektrik haline getirir. Bu kaplamalar tipik olarak morflu silikon, kamyum telluride veya bakır indium galium selen (idGS) ile elektriksel olarak ısıtılır.

Kaplama Geliştirmedeki Son Yenilikler

Nanoyapılı Multikat Tasarımları

Nanoteknoloji, tam olarak kontrol edilen kalınlıklarla çok katmanlı kaplamaların oluşturulmasına olanak sağlamıştır (10-200 nm) bu, atom tabakasının bozulması (ALD) veya magnetron sping ile karıştırılması, araştırmacılar güneş enerjisi, ısı kontrolü ve SiO2 tabakalarının yeniden işlenmesini sağlayan bir kaplama oluşturur.

Kendi kendine Güven

Toz, topraklama ve biyolojik büyüme, güneş pencerelerinin zaman içinde performansını azaltır.Dörtüllü polimerler veya nanoyapılan silikat suyu kullanarak bunu ele alır ve örneğin, UV ışığı altında organik kirleri azaltır ve uzun vadeli sistem güvenilirliği için kritik olan suları azaltır.

Termokrohromic ve Elektrokhromic Kaplamalar

Sıcaklık veya elektrik uyaranlara cevap veren adaptif kaplamalar, görünür ışık sırasında NIR'yi engellerken, TDV’ye benzeyen malzemeler kullanarak, küçük bir gerilim uygulayarak talep üzerine koyu veya hafife alın. Tüm bunları PV katmanları ile entegre etmek, akıllı güneş pencerelerini dinamik olarak aydınlatırken, hem enerji nesillerini hem de iç konforları artırmak.

Kaplama Geliştirmede Meydanlar

Balancing Verimliliği ve Şeffaflık

Fotovoltaik verimlilik ve görünür şeffaflık arasında temel bir ticaret var. Elektrik üretmek için PV kaplama fotonları absorbe etmeli ve bu doğal olarak iletimli tasarım vaatlerini azaltmaktadır.Entrik olarak% 20 ve% 50 ile makul verimlilik arasında iletiyor - emici kalınlıkların dikkatli mühendisliği, bandgap ve ışık tuzakları.

Durability ve Hava Direnişi

Güneş pencereleri UV radyasyonu, sıcaklık bisikleti, nem ve mekanik strese maruz kalma yıllarlarına dayanmalıdır. İnce film kaplamaları, ihmale ve ingresyona karşı hassastır. Araştırmacılar, yaşam boyu uzatan kaplama stratejileri, bariyer tabakaları ve hismeticileri keşfederler.

Estetik ve Pazar Kabul

Mimari entegrasyon için kaplamalar görsel üniforma, renkli-neutral (veya estetik olarak memnun) ve çizgi veya iridescence'den ücretsiz olmalıdır. Multi-katlı çöpler, nötr ton veya özel bir renk paleti elde etmek için müdahale renkleri üretebilir. Bina sahipleri ve mimarlar genellikle her ikisine de pazar için gerekli olan estetik bir meydan okumadır.

Üretim Maliyeti ve Scalability

Yüksek performanslı kaplamalar genellikle vakum dekonsolasyon tekniklerine güveniyor (örneğin, perovskite PV katmanlarının kaplaması, yüze cam üretimi ile uyumlu hızlarda cam substratlar üzerinde gösteriliyor.Achieving the Roll-to-roll processing, kimyasal banyo deposition, and inkjet print are developed to reduce costs. Örneğin, slot-die kaplamaları için perovskite PV katmanların kaplaması ticari viability için kritiktir.

Future Yol

Multi function Kaplamalar

Nihai hedef, gerekli tüm işlevleri entegre etmektir - ışık yönetimi, enerji nesli, termal kontrol, kendini temizleyen ve estetik - tek bir kaplama yığınına doğru hareket eder. Araştırma, “tüm-in-one” tasarımları, bir ⁇ ly seçici filtreyi birleştiren, yarı-transbebeveyn perovskite hücresi, bir anti-refleksiyon tabakası ve bir öz temizleme katmanını birleştirir.Bu kaplamalar, tek bir kaplama cihazını basitleştirir ve arayüz sayısını azaltır, dayanıklılıkları geliştirir. Erken prototipler, performans arasındaki bu kadar dikkatli optik eşleştirme katmanları birleştirebilir performansları azaltırken, mini-miz.

Bina Enerji Sistemleri ile entegrasyon

Gelecek güneş pencereleri muhtemelen akıllı bina enerji yönetimi sistemlerinin bir parçası olacaktır. Gömülü sensörler ve mikrokontroller, çevre ışık, occupancy ve grid talebine dayanan elektrokromik kaplamalar oluşturabilir. Elektrik yaratılan doğrudan güç elektrokromelek geçişi, kendi kendine yardımcı pencereler yaratarak, bina destekli pencereler (BIPV) standartları ve teşvikler, AB'nin Binaların Enerji Performansı gibi, AB'nin Enerji Verimliliği Direktifi (EPBD) ve Kaliforniya'nın Adı 24 gereksinimlerini teşvik etmek için geliştirilebilir.

Gelişen malzemeler ve Kavramlar

Sonraki nesil kaplamalar kuantum dotları, plazmonik nanopartikülleri ve MoS2 gibi iki boyutlu malzemeler, sabit, liderliksiz fotovoltaikler için de kullanılabilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Gelişmiş kaplamalar güneş pencerelerini bir pratik ve çekici bir sürdürülebilir bina bileşeni haline getirmek için anahtar taşıdır.Bu kaplamalar, enerji üretimi, termal konfor ve doğal gün ışığı tek bir glaning ürün olarak aydınlatır.Düzükte zorluklar olsa da, nanoteknolojide, uyarlayıcı malzemeler ve üretim süreçleri, güneş pencerelerinin iki boyutlu kaplama olarak yaygınlaştığı bir geleceğe işaret eder.

For further reading, see reviews on semi-transparent perovskite photovoltaics and nanophotonic coatings for smart windows.[0]