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什么是三机一体 太阳能光电玻璃【图解】

日期:2015-11-05  来源:广州钢化玻璃厂家
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    三机一体光电玻璃除了透光,本身还具发电、自洁、使室内外温差达15℃的隔热功能,是具有环保、节能概念的绿建材。


    目前市面上有一种太阳能透光模块,兼具透光与吸收阳光的发电功能,然其不具隔热效果,本身在太阳照射后,会经由热传导而造成室内温度过高,浪费空调电力。为了提升实用性,并使现有的太阳能透光模块具多功能,台湾科技大学营建系副教授杨锦怀带领的研究团队,已研发出全世界第一片结合自洁、发电、隔热等多功能的三机一体光电玻璃,该产品不但取得中、台、日、美、德等多国专利,也引起日本光电产业重视,于2009年东京光电展中荣获最具潜质的太阳能产品。


光电玻璃

光电玻璃具隔热、自洁及发电功能,是相当实用的绿色建材。(高清图像)


    三机一体光电玻璃的重量约为强化玻璃的2~3倍,厚度20余毫米(一般建材用的强化玻璃为8毫米),其主要特殊结构包含:奈米光触媒层、可发电硅薄膜层及隔热层。奈米光触媒层是涂在三机一体光电玻璃表面,当光触媒表面吸收紫外光后,会将附近水分子游离出来的氢氧离子(OH-)氧化成氢氧自由基(·OH)。氢氧自由基活性大,若遇到由碳、氢、氧组成的有机物,会夺取其电子,打断有机分子的键结。一般污染物多半是有机物,分解后即成为水及二氧化碳,达到自我洁净作用。


光触媒作用示意图

(光触媒作用示意图。光触媒吸收阳光后,表面的电子会因吸收足够能量脱离,而形成带正电的电洞。

电洞会夺取水分子游离出来的氢氧基的电子,使氢氧基成为氢氧自由基,后者可将有机物分解成水及二氧化碳,达到自我洁净功效。


   可发电硅薄膜层是将具透光性的非晶硅半导体(注)镀在两片玻璃之间。而最外一层玻璃是使用透光率较一般玻璃高出一成的低铁玻璃。当阳光穿透玻璃,照到非晶硅半导体上时,就会激发其上的电子产生电能。


   此外,为了增加隔热功能,光电玻璃在前后玻璃之间增加空气层及高反射率的隔热膜。空气层与隔热膜除了具隔热效果外,反射回去的光波经过硅薄膜层时,又能进行二次发电,提升发电效率。


   三机一体光电玻璃目前一平方公尺的发电功率有88瓦,而隔热效果方面,在实验用的玻璃监测屋中,于不开空调和不通风的条件下,三机一体光电玻璃屋和一般强化玻璃屋相比,两者室内温差于中午时可高达15℃左右;若室外温度36℃,室内空调温度设为26℃,则冷气耗电至少能节省40%以上。此外,光电玻璃所产生的电力还可与台电并联使用,降低对台电的电力需求。


   杨锦怀表示,三机一体光电玻璃为了达到发电性能,必须降低玻璃的透光率,目前只能做到30%的透光率(一般玻璃是60 ~ 80%),不过在节能减碳的环保意识下,该产品仍有市场性。现阶段三机一体光电玻璃主要推广到大型建物或公共建筑上,未来希望能普及到一般家庭,实现家家户户发电自给自足的想法。


光电玻璃三层结构图

(光电玻璃由外而内主要有三层特殊构造:涂布在玻璃表面的奈米光触媒层、夹在两层玻璃之间的可发电硅薄膜层及位于空气层中间的高反射率隔热膜层。

阳光穿透玻璃时,使硅薄膜层发电,而高反射层会反射光线,使阳光再次被硅薄膜层吸收而二次发电,增加发电性能。)



   注:硅芯片太阳能电池依结晶方式分成单晶硅、多晶硅和非晶硅三种。单晶硅是所有硅原子排列规则,性质稳定,发电效率较高。多晶硅芯片是由很多小块单晶硅组成,发电效率不如单晶硅。非晶硅是硅原子排列没有规则。它对光的反射率低,只要薄薄一层即可发电,成本比前二者低很多,而且透光,可广泛应用在光电玻璃上。



发电性能 持续提升

   三机一体光电玻璃在2007年就已申请专利,专利范围是在利用各种光反射原理增加发电力与隔热功能。不过,当时的发电性能低,隔热效果也不好,产品迟迟未能量产。直到2008年做了些改良,才使每平方公尺的发电功率从原先的50瓦提升至88瓦,隔热效果也提高,且使用寿命延长,大大提升实用性,因此开始商品化。


    台湾科技大学营建系副教授杨锦怀表示,提高发电功率主要从两方面着手,一是可发电硅薄膜层从原先的只镀一层变成两层,亦即直接在两片玻璃之间镀双层硅薄膜层,此法可使电功率上升至80瓦。另一个是高反射率隔热膜材质的改良,他们试验多种材质,最后终于找到对红外线和紫外线反射率特别高的材质,可使其穿透率几乎为零,但让较多可见光穿透,这样使发电功率再提升至每平方公尺88瓦。


    现在,三机一体光电玻璃已经应用在马来西亚的光电牌楼、新光集团吴家阳明山别墅,以及由台湾科技大学与内政部合作建造的太阳能节能屋「MEGA HOUSE」,而目前正在兴建的2010台北国际花博展美国馆与高雄县龙兴国小太阳能光电采光屋顶也将采用三机一体光电玻璃。杨锦怀表示,目前该产品每平方公尺的价格介在新台币1万~1万5000元之间,相较于强化玻璃的3000元虽然贵了3~5倍,然而因具有发电、省能、自洁功能,预计八年左右即可回收成本。将来若需求量大增,价格还有机会降低一半以上,三机一体光电玻璃除了透光,本身还具发电、自洁、使室内外温差达15℃的隔热功能,是具有环保、节能概念的绿建材。


光电玻璃安装在屋      光电玻璃比较表




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