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萊斯大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)并建造了玻璃窗 可實(shí)現(xiàn)內(nèi)在發(fā)電
萊斯大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)并建造了玻璃窗 可實(shí)現(xiàn)內(nèi)在發(fā)電
萊斯大學(xué)的工程師設(shè)計(jì)并建造了玻璃窗，可將陽(yáng)光或照明從室內(nèi)重定向到邊帶太陽(yáng)能電池。中心層是用作波導(dǎo)的共軛聚合物。工程師們提出了一種用于下一代能量收集的多彩解決方案：窗戶(hù)中的發(fā)光太陽(yáng)能集中器（LSC）。
在拉斐爾·韋爾杜斯科（Rafael Verduzco）和博士后研究員，賴(lài)斯布朗工程學(xué)院的主要作者伊林·李的帶領(lǐng)下，研究小組設(shè)計(jì)并建造了平方英尺的“窗戶(hù)”，將共軛聚合物夾在兩個(gè)透明的丙烯酸板之間。
秘訣：共軛聚合物層
那薄薄的中間層是秘密的調(diào)味料。它旨在吸收特定波長(zhǎng)的光并將其引導(dǎo)到襯有太陽(yáng)能電池的面板邊緣。共軛聚合物是可以根據(jù)特定應(yīng)用的特定化學(xué)或物理性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)的化合物，例如導(dǎo)電膜或生物醫(yī)學(xué)設(shè)備的傳感器。
萊斯實(shí)驗(yàn)室的高分子化合物被稱(chēng)為PNV（用于聚萘二甲酸乙二烯乙烯酯），吸收并發(fā)出紅光，但是調(diào)節(jié)分子成分應(yīng)使其能夠吸收多種顏色的光。訣竅在于，作為波導(dǎo)，它可以接收來(lái)自任何方向的光，但會(huì)限制光的離開(kāi)方式，將其集中到將其轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能電池上。
“這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī)是通過(guò)集成光伏技術(shù)來(lái)解決建筑物的能源問(wèn)題，”李說(shuō)。他是“智能玻璃”競(jìng)賽的一部分，開(kāi)始了該項(xiàng)目。“目前，太陽(yáng)能屋頂是主流解決方案，但是您需要將它們朝向太陽(yáng)以較大化其效率，而且它們的外觀(guān)也不是很令人滿(mǎn)意。
“我們想，為什么我們不能制作彩色，透明或半透明的太陽(yáng)能集熱器，并將其應(yīng)用于建筑物的外部？李說(shuō)。
高效轉(zhuǎn)換LED的環(huán)境光
誠(chéng)然，賴(lài)斯團(tuán)隊(duì)測(cè)試單元產(chǎn)生的果汁量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于普通商業(yè)太陽(yáng)能電池所收集的果汁，后者通常將約20％的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。
但是LSC窗口永遠(yuǎn)不會(huì)停止工作。太陽(yáng)下山時(shí)，他們愉快地將建筑物內(nèi)部的光回收為電能。實(shí)際上，測(cè)試表明，即使日光強(qiáng)100倍，它們?cè)谵D(zhuǎn)換LED環(huán)境光方面也比直接日光轉(zhuǎn)換效率更高。
“即使在室內(nèi)，如果舉起一塊面板，邊緣也會(huì)看到很強(qiáng)的光致發(fā)光，”李說(shuō)。Li測(cè)試的面板在陽(yáng)光直射下的功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)2.9％，在環(huán)境LED光下的功率轉(zhuǎn)換效率高達(dá)3.6％。
“將共軛聚合物用于此應(yīng)用的部分問(wèn)題在于它們可能不穩(wěn)定并迅速降解，”化學(xué)和生物分子工程以及材料科學(xué)和納米工程學(xué)教授Verduzco說(shuō)道。“但是近年來(lái)，我們?cè)谔岣吖曹椌酆衔锏姆€(wěn)定性方面學(xué)到了很多，將來(lái)，我們可以對(duì)聚合物進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，以兼顧穩(wěn)定性和所需的光學(xué)性能。”
實(shí)驗(yàn)室還模擬了面積達(dá)120平方英寸的面板的能量返回。他們報(bào)告說(shuō)，這些面板將提供較少的能量，但仍將滿(mǎn)足家庭的需求。
李指出，也可以對(duì)聚合物進(jìn)行調(diào)整，以轉(zhuǎn)換紅外和紫外光的能量，從而使這些面板保持透明。“甚至可以在面板上以圖案印刷聚合物，因此它們可以變成藝術(shù)品。”李說(shuō)。
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