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?
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。
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?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。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。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。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。
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。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!
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。
【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。【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。
【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。【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。【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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