德英研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型建筑一體化混合光伏熱窗(PVTW)，可同時(shí)產(chǎn)生電力和生活熱水(DHW)。

“在建筑環(huán)境中安裝普通太陽(yáng)能電池板和集熱器需要占用大量屋頂空間，而屋頂空間非常有限。這推動(dòng)了高效建筑集成技術(shù)的開(kāi)發(fā)，這些技術(shù)可以最大限度地提高空間利用率和能源供應(yīng)，”該團(tuán)隊(duì)表示。“在這項(xiàng)工作中，我們制造并測(cè)試了一種建筑集成混合 PVTW，它由半透明 PV 層和選擇性吸收液體吸熱器組成。”

PVTW 的主要組件是玻璃層，玻璃層上布滿(mǎn)了間隔排列的非晶硅(a-Si)微條。只有一部分陽(yáng)光被 PV 層吸收用于發(fā)電，其余部分則傳輸?shù)狡湎路?4 毫米厚的水層中。兩根黃銅管用作水的進(jìn)出閘門(mén)，兩個(gè)聚碳酸酯框架用于夾住一層標(biāo)準(zhǔn)低鐵玻璃層。

測(cè)試于 2021 年 7 月 16 日至 23 日在倫敦屋頂上進(jìn)行，當(dāng)時(shí)測(cè)量到的最高環(huán)境溫度為 34 C，中午太陽(yáng)輻照度約為 1,100 W m−2。該裝置在 30°、60° 和 90° 的傾斜角下進(jìn)行了測(cè)試，并將其性能與缺少 PV 組件的太陽(yáng)能熱窗 (STW) 參考模塊的性能進(jìn)行了比較。后者與 PVTW 相同，只是用玻璃層代替了 PV 層，從而產(chǎn)生了兩層玻璃。

測(cè)試表明，PVTW系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)3.6%的電效率和17.6%的熱效率。

“PVTW 在 30° 傾斜度下實(shí)現(xiàn)了 3.6% 的發(fā)電效率和 10.7% 的產(chǎn)熱效率。能夠產(chǎn)生約 50 C 的熱水使其適合家庭使用，而其發(fā)電量則支持建筑物的能源需求，”該團(tuán)隊(duì)指出。“將 PVTW 的傾斜角度從 30° 調(diào)整到 90° 表明了方向?qū)ο到y(tǒng)性能的重要性，可以觀察到輸出溫度和熱效率的變化。”

也就是說(shuō)，在傾斜度為 90° 時(shí)，PVTW 系統(tǒng)的電力效率為 3.3%，熱效率為 17.6%，最高出水溫度約為 42 攝氏度。“與獨(dú)立的 STW 相比，PVTW 不僅提供更高溫度的熱水，而且熱效率絕對(duì)提高了 10%，同時(shí)還能發(fā)電，”他們補(bǔ)充道。

“為了了解 PVTW 在滿(mǎn)足建筑物熱能需求方面的潛在影響，我們可以估算出滿(mǎn)足英國(guó)倫敦一棟典型的三居室聯(lián)排房屋的熱水需求所需的 PVTW 表面，該房屋由 2 名成人和 2 名兒童居住，”學(xué)者們表示。“使用能量平衡，總 PVTW 表面不超過(guò) 1.2 平方米，傾斜度為 30°，即可立即滿(mǎn)足這一需求。假設(shè)系統(tǒng)更寬，帶有熱水儲(chǔ)水箱，我們估計(jì)總 PVTW 表面約為 2.8 平方米，傾斜度相同，即可滿(mǎn)足整個(gè)日常需求，而無(wú)需備用鍋爐。”

所提出的系統(tǒng)發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上，題為《用于協(xié)同光管理、發(fā)電和供熱的建筑一體化混合光伏-熱能 (PV-T) 窗》 。這項(xiàng)研究由英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究人員進(jìn)行。