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发电玻璃,安上不用交电费?

 羊羊的地理教室 2023-04-24 发布于浙江

玻璃窗家家户户都有,你是否想过当阳光照进来时还能顺便发个电呢?其实北京冬奥会的冰墩墩和雪容融玻璃指示牌就有这样的功能,白天是吉祥物造型,晚上就用自己发的电照明,它究竟是如何实现这一切的呢?



 01 

  什么是发电玻璃?

所谓的发电玻璃 ,又叫碲(dì)化镉(gé)薄膜太阳能电池 ,真正让冰墩墩发光的不是玻璃,而是碲化镉“夹心”。

碲化镉(CdTe)是一种重要的半导体材料,形状呈黑色晶体颗粒或粉末,性能稳定,光能吸收系数高。其中的碲元素金属本是铜矿开采的附带金属,很长一段时间以来并不具备较高的利用价值,直到碲化镉光伏技术研制成功。

要让一块普通的玻璃发电,需要涂抹4微米厚的碲化镉光电薄膜(相当于头发丝百分之一粗细),普通玻璃便能从绝缘体变身成为可导电 、可发电的半导体材料。

当太阳光照射到吸收层后,碲化镉薄膜层中会产生电子运动,从而实现发电。




 02 

  有何特点?

这块特殊的玻璃作为一种新型的发电材料,不仅具备着普通玻璃的通光性,还可以将太阳能转化成电能。那与常见的硅晶太阳能电池相比,发电玻璃又具有哪些特点呢?


  • 发电能力强


碲化镉玻璃发电比晶硅发电量高3%~8%,在理想状态下的光电转换效率可以高达30%。

  • 发电性能稳定


发电玻璃的设计寿命为30年,在低温、高海拔等极端环境下都有稳定表现。特别是碲化镉在炎热、潮湿环境中,发电性能优势明显,而晶硅电池在高温条件下不但性能会下降,还有可能引发火灾。

  • 有光就能发电


碲化镉发电玻璃可实现弱光环境下的发电,在室内光照条件非常差的环境下仍然能够输出电流。也就是说,它的工作时间可以从天微微亮到夜幕落下,一天之中可以创造更多的电,即便是阴天下雨环境也能发电,这让太阳辐射洼地的四川盆地,也有发展太阳能的机会。

同时,发电玻璃可吸收95%以上的阳光,所以还能有效减少光污染

成都双流国际机场航站楼发电玻璃

  • 经济性较高


虽然碲化镉发电玻璃作为新型的光伏产品,前期投资成本较高。但由于其结构简单,大大缩短了生产时间,碲化镉吸收层厚度在几个微米左右,原材料消耗也极少,而且生命周期结束后还可回收再利用。所以相较于传统光伏产品,发电玻璃总体的制造成本明显下降,前6年就能收回成本 ,从长期成本来看其实更经济

  • 建筑一体化


碲化镉发电玻璃不仅透明,而且安装角度自由,不必局限在屋顶使用 ,可以广泛应用于墙壁、屋顶等多种建筑场景,兼具艺术性与实用性,绿色环保,相当于在建筑外墙上建设一座“发电厂”。

上海松江凯盛机器人大楼碲化镉发电玻璃幕墙,年平均发电量2.3×105kW·h,实现227 t吨CO2的减排


 03 

发电玻璃的运用

由于碲化镉发电玻璃具有独特优势,让它不仅仅停留在发电领域,在光伏产品里面就显得“不务正业”,前面提到的冰墩墩指示牌,就是将发电与场景装饰结合了起来,这能有效增加其运用领域,其中运用最广的是建筑领域。


  • 建筑幕墙


碲化镉发电玻璃具有非常强的建材属性,作为建筑幕墙,不仅美观,还能有效减轻光污染。也能够将外部能量转化为清洁能源,为建筑提供电能。


位于丽江古城旁的水泥厂,毗邻旅游干线丽宁公路,为避免工业园区对道路沿线风景的影响,通过碲化镉发电玻璃对水泥厂进行美化,整个建筑焕然一新,同时还为园区供电,实现节能减排

据统计,中国现有400亿平方米建筑 ,如果用这种发电玻璃改造其中的10% ,其发电量大约相当于 3 个三峡水电站。

  • 治理荒漠


除了发电,碲化镉发电玻璃还能治理荒漠,在张家口赤城县有我国第一个大型碲化镉发电玻璃地面电站。

原本荒山上因缺乏植被、水分流失,造成土地干裂,而在安装5.2万片碲化镉发电玻璃之后,水分凝结在了玻璃背板上,形成露珠又回到了地面滋养土地,让趋于荒漠化的土地恢复了植被,成为生态环境修复和碳减排的示范案例。

在碳达峰、碳中和的愿景下,未来这种颠覆性的玻璃会被逐渐推广,逐渐代替普通玻璃幕墙 ,让建筑物也能变成发电站,有助于实现城市用电的自给自足和节能减排。而且发电玻璃的承载能力很强 ,可以直接铺设在道路路面上,未来如果能与电动车移动充电技术衔接,马路也可能变成“移动充电宝”。

可以预见,未来碲化镉发电玻璃或将有更多机会在城市、沙漠、森林等环境中大放异彩!

 04 

  一起来做题吧~

中国第一块、世界单体面积最大的碲化镉发电玻璃在成都成功下线。据了解,一块长1.6米、宽1.2米的发电玻璃,它的光电转化效率高达17.8%。即便是在光线很弱的情况下,也能通过光电转化产生电能,被誉为“挂在墙上的油田”。据此回答下列小题。

 答案与解析 
(上下滑动查看)

1. C
【解析】发电玻璃可以挂在墙上发电,对空间要求不高,土地占用少,A错误。技术先进,设备投资大,B错误。有光就能够发电,说明可分散布局,C正确。光伏发电受光照影响大,受气温影响小,D错误。故选C。

2. C
【解析】有光就能发电,弱光性能好,这一特征使太阳辐射最少的四川盆地获益最多,因此,可能畅销于四川盆地,C正确。青藏高原、黄土高原、新疆太阳能资源丰富,对于这种弱光发电的技术依赖不强,ABD错误。故选C。

四川盆地太阳辐射少的原因:地势低,季风气候降水丰富,阴雨天气多,云层厚,大气对太阳辐射的削弱作用强;阴雨天多,导致日照时间短,年太阳总辐射量较小。


北京冬奥会期间,在张家口冬奥村和国家跳台滑雪中心,矗立着5组冰墩墩、雪容融造型的“碲化镉发电玻璃指引路牌”。白天它们是玻璃指示牌,晚上则用自己发的电照明。普通玻璃在涂上4微米厚的碲化镉电镀膜后,就能变成可导电、可发电、可回收的半导体材料,从而完成光电转换和电能供应,真正实现“有光就有电”。据此完成 3—5题。

3. 北京使用碲化镉发电玻璃发电效率更高的月份是
A. 2月       B. 5月
C. 8月       D. 11月

4. 根据材料推测,碲化镉发电玻璃
A. 受温度影响大   B. 阴天也能发电
C. 安装角度固定   D. 不可定制

5. 若碲化镉发电玻璃推广家庭使用,能够
A. 节约用电支出
B. 改变能源消费结构
C. 减少发电过程碳排放
D. 提高电能利用率
 答案与解析 
(上下滑动查看)

3. B
【解析】5月份,北京正午太阳高度角较大,晴天多,发电效率更高。故选B。

4. B
【解析】根据材料可知,碲化镉发电玻璃冬奥会期间能够正常使用,说明其受温度影响较小,A错;有光就有电,所以阴天也能发电,B对;可以做引路牌,说明安装角度灵活,C错;可以设计出冰墩墩、雪容融造型,可定制,D错。故选B。

5. C
【解析】碲化镉发电玻璃的初期投资大,短期支出增加,长远来看可节约用电支出,A错;有利于促进能源消费结构的调整,但暂时难以改变能源消费结构,B错。太阳能是清洁能源,其推广能减少化石燃料发电使用,从而减少碳排放,C对;不能提高电能利用率,D错。故选C。

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