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開云體育雙碳目標緊迫性日益突出

來源:開云體育 責任編輯:小編 閱讀量: 發表時間:2022-09-23

9月23日,隨著大氣中溫室氣體含量的急劇上升,近年來世界各地的極端天氣事件頻頻發生。今年夏天,開云體育很多地方的極端情況是氣溫持續高于44℃,實現雙碳目標的緊迫性日益突出。

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根據開云體育建筑節能協會發布的《開云體育建筑能耗研究報告(2020)》,2018年全國建筑能耗總量占全國能耗總量的46.5%,而建筑運營階段能耗占全國能耗總量的21.7%。在不影響建筑使用舒適性的前提下,降低建筑能耗是建材行業在實施雙碳目標過程中需要積極面對的主要問題之一。

光伏建筑的整合可以將光伏和建筑有機地結合成一個整體。通過積極的生產能力,在不改變建筑主體功能的情況下,可以通過生產能力降低建筑能耗。這一概念已經提出了很長一段時間。隨著一種新型鈣鈦礦太陽能電池的出現,光伏建筑一體化的大規模實施迎來了新的機遇。

鈣鈦礦太陽電池是什么?

早在2009年,日本桐蔭橫濱大學的宮坂力教授就將CHTNHPBI和CHNHPBR材料作為染料敏化太陽能電池中的光吸收劑,具有鈣鈦礦晶體結構,達到了3.8%的光電轉化效率。2013年左右,來自世界各地的科學家發現,如果不使用染料敏化太陽能電池的器件結構,而是使用薄膜太陽能電池的層狀結構,可以充分發揮這類材料的特性,實現高光電轉化的效率和穩定性。隨后,挖掘出更多具有類似結構的材料。如圖所示,它們有幾個共同點:化學式為ABX,晶體結構為鈣鈦礦晶體結構。

到目前為止,已經有幾十種鈣鈦礦材料可以用于鈣鈦礦太陽能電池,鈣鈦礦太陽能電池的名稱就是由此產生的:一種使用ABX型鹵化物材料與鈣鈦礦晶體結構作為吸收層的太陽能電池的總稱。目前,鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率記錄為25.7%(設備面積:0.095c㎡),與主流晶體硅太陽能電池差別不大。

各種形式與建筑相結合。

光伏產品與建筑的結合有以下幾種形式:一種是在屋頂上安裝光伏產品,另一種是用光伏產品代替墻壁裝飾,第三種是用光伏產品代替現有的窗戶或幕墻。這三種使用場景各有特殊性,對光伏產品提出了相應的要求。

屋頂電站:建筑屋頂面積有限,安裝使用成本高。為了增加發電收入,發電功率大的光伏產品是最佳選擇。根據光伏行業的經典肖克利-奎瑟爾理論,單節太陽能電池的光電轉換效率限制在33%左右,而疊層太陽能電池可以突破這一限制,實現更高的光電轉換效率。由于鈣鈦礦材料的間隙可調范圍較大,可與傳統的光伏材料如晶體硅、足球,電競,籃球 ,CIGS和CDTe相匹配,從而制備出具有高光電轉換效率的疊層太陽能電池。目前,晶體硅/鈣鈦礦疊層太陽能電池的光電轉換效率記錄為31.3%(設備面積:1.167c㎡)。此外,鈣鈦礦/鈣鈦礦疊層太陽能電池也取得了良好的效果。目前,這種疊層太陽能電池的世界紀錄為28%(設備面積:0.0495cm㎡)。在屋頂電站,鈣鈦礦太陽能電池顯示其優勢。

建筑外墻:外墻不僅滿足建筑的基本安全要求,而且具有美觀的功能。立面陽光強度易受地理環境和季節性氣候的影響,發電量一般較小。安裝光伏產品時,需要與現有外墻風格一致,成本低。鈣鈦礦太陽能電池的制造工藝相對簡單,顏色可調。它可以在玻璃、聚合物、鋼甚至瓷磚等各種常用建筑材料上制成各種顏色的太陽能電池,可以與現有建筑材料有機結合,在不大大改變建筑外觀和成本的情況下,實現建筑與光伏的有機結合。

窗戶和幕墻:窗戶和幕墻和幕墻的主要功能是采光。根據相關國家標準和地方標準,窗戶和具有采光功能的幕墻玻璃的平均透光率需要在可見光范圍內>40%,有些對采光要求較高的地方甚至要求平均透光率>60%(GB50189-2015,《公共建筑節能設計標準》)。傳統光伏產品的帶狀間隙一般在1.0~1.4ev之間,完全吸收所有可見光。為了保證采光,透光一般通過劃痕等方式實現,其使用體驗類似于紗窗和蜂窩葡萄干房。鈣鈦礦材料可以通過調節其間隙來選擇性地吸收和利用某些特定波段的光。這是大多數傳統光伏產品所不具備的。因此,寬帶間隙的鈣鈦礦物材料可以沉積在玻璃上,形成光伏發電層,而寬帶間隙材料只能吸收和利用藍紫光的特性,以滿足采光需求的舒適性。

已經解決了大量的基本問題。

一般來說,建筑材料需要能夠在室外穩定使用幾十年。建筑領域使用的鈣鈦礦太陽能電池也需要滿足這一基本要求。鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命只有幾分鐘。經過多年的研究,影響其使用壽命的主要原因已基本了解:一般認為水或水蒸氣、氧和鈣鈦礦材料中的離子遷移和相變是鈣鈦礦材料損壞的主要原因。基于這一理解,許多實驗室報告說,他們的鈣鈦礦太陽能電池可以在光照、高溫和高濕度條件下長時間穩定工作。開云體育上海交通大學和華中科技大學的研究團隊報告了鈣鈦礦太陽能電池技術,在光照條件下工作5000小時,工作時間超過13000小時。當然,目前報告的穩定性結果與建筑所需的幾十年穩定性工作之間仍有一定差距,但過去十年的技術進步也證明了鈣鈦礦不穩定

過去十年是鈣鈦礦太陽能電池快速發展的十年,大量的基本問題得到了很好的解決。在這些已經解決的基本問題中,開云體育科學家做出了很多杰出的貢獻。在工業化技術方面,開云體育企業做出了更多的讓步:纖維光電、協鑫納米、仁碩光能、極光能、萬度光能、姚能技術等企業發布了鈣鈦礦太陽能電池產品或其工業化路線圖。

隨著雙碳目標的推進,建筑業也需要面對零碳建筑的需求。成熟的鈣鈦礦太陽能電池解決方案將為建筑業提供新的建筑材料,以降低運營能耗。


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