В чем разница между солнечным стеклом и обычным стеклом?

Принципиальная разница между солнечное стекло а обычное стекло это Солнечное стекло объединяет фотоэлектрическую технологию для выработки электроэнергии из солнечного света, оставаясь при этом визуально прозрачным. , тогда как обычное стекло просто пропускает, отражает или блокирует свет, не производя никакой энергии. Помимо этого основного различия, эти два материала существенно различаются по составу, характеристикам светопропускания, структурной сложности, стоимости, термическим характеристикам и диапазону применений, для которых они подходят. Солнечное стекло — это разработанный функциональный материал; обычное стекло является пассивным оптическим и физическим барьером.

Состав и производство: два принципиально разных продукта

Структурное различие между солнечным стеклом и обычным стеклом начинается на уровне материала и производства.

Обычное стекло

Обычное стекло — будь то флоат-стекло, закаленное стекло, многослойное стекло или изоляционное стекло — состоит в основном из кремнезем (SiO₂, примерно 70–75%), оксид натрия (Na₂O), оксид кальция (CaO) и небольшие количества других оксидов. которые изменяют твердость, химическую стойкость и термические свойства. Его производят путем плавления этого сырья при температуре около 1500°C, плавления расплавленного стекла в оловянной ванне (процесс флоат-стекла), а затем его отжига и резки. В результате получается пассивный материал, основными свойствами которого являются оптическая прозрачность, механическая прочность и теплоизоляция, ни одно из которых не связано с выработкой энергии.

Солнечное стекло

Солнечное стекло добавляет активный фотоэлектрический слой к структуре основного стекла. В зависимости от конкретной технологии это достигается несколькими различными способами:

• Тонкопленочное осаждение: Фотоэлектрические полупроводниковые материалы — чаще всего аморфный кремний (a-Si), теллурид кадмия (CdTe) или селенид меди, индия-галлия (CIGS) — наносятся на поверхность стекла слоями. Толщина от 1 до 10 микрометров с помощью процессов физического осаждения из паровой фазы (PVD) или химического осаждения из паровой фазы (CVD)
• Кристаллическое кремниевое ламинирование: Обычные монокристаллические или поликристаллические кремниевые солнечные элементы инкапсулируются между двумя слоями стекла с использованием промежуточных слоев из ЭВА (этиленвинилацетата) или ПВБ (поливинилбутираля), что позволяет получить панель из многослойного солнечного стекла, в которой ячейки видны, но структура между ячейками остается частично прозрачной.
• Перовскитные или органические фотоэлектрические (ОПВ) покрытия: Новые технологии, в которых полупроводниковые материалы, обработанные в растворе, применяются к стеклу, обеспечивая высокую прозрачность при растущей эффективности преобразования.

Базовое стекло, используемое в солнечных установках, обычно закаленное стекло с низким содержанием железа — специальный вариант, разработанный для минимизации естественного зеленоватого оттенка стандартного флоат-стекла (вызванного примесями железа) и максимального пропускания солнечного света. Стекло с низким содержанием железа обеспечивает светопропускание 91–93% , по сравнению с 82–88% для стандартного флоат-стекла, что имеет решающее значение для эффективности преобразования солнечной энергии.

Комплексное сравнение функций

Светопропускание: наиболее заметная практическая разница

Светопропускание — это то место, где компромисс между выработкой энергии и оптической прозрачностью становится наиболее очевидным при повседневном использовании. Именно эту разницу непосредственно ощущают жильцы зданий и пользователи транспортных средств.

Стандартное прозрачное флоат-стекло пропускает 82–88% видимого света и высокоэффективное стекло с низким содержанием железа достигает 91–93% . Солнечное стекло за счет интеграции фотоэлектрического материала, который поглощает фотоны для выработки электричества, по своей сути уменьшает количество света, попадающего на другую сторону стекла. Степень снижения зависит от используемой фотоэлектрической технологии:

• Тонкопленочное солнечное стекло из аморфного кремния: Обычно достигается Пропускание видимого света 40–70 % — самое прозрачное солнечное стекло, доступное на рынке, подходящее для окон и мансардных окон, где дневной свет важен наряду с выработкой энергии.
• Тонкопленочное солнечное стекло CIGS: Обеспечивает пропускание 20–45% — менее прозрачен, но обычно имеет более высокую эффективность преобразования, что делает его более подходящим для фасадных применений, где выход энергии имеет приоритет над максимальным дневным освещением.
• Многослойное стекло с кристаллическими кремниевыми ячейками: Пропускание полностью зависит от расстояния между ячейками — ячейки непрозрачны, но промежутки между ячейками пропускают свет. Типичный коэффициент пропускания 20–40% , создавая узорчатую, а не равномерную прозрачность

Этот диапазон коэффициента пропускания означает, что солнечное стекло, используемое в качестве окна здания, сделает внутренние помещения заметно темнее, чем стандартное остекление — компромисс, который необходимо планировать в архитектурном проектировании, обеспечивая адекватное дополнительное освещение или выбирая варианты солнечного стекла с более высоким коэффициентом пропускания для применений, обращенных к жильцам.

Энергоэффективность: что генерирует солнечное стекло и чего не может обычное стекло

Определяющее преимущество солнечное стекло По сравнению с обычным стеклом, его способность генерировать полезную электрическую энергию из падающего солнечного излучения, превращая пассивную поверхность здания или транспортного средства в активный источник энергии.

Производительность солнечного стекла зависит от фотоэлектрической технологии, угла установки, географического положения и условий затенения. В качестве общего ориентира:

• Тонкопленочное солнечное стекло в интегрированной в здание фотоэлектрической системе (BIPV) обычно генерирует Пиковая мощность 40–100 Вт на квадратный метр (Вт/м²) в зависимости от фотоэлектрической технологии и выбранного уровня пропускания
• Фасад из солнечного стекла площадью 100 м², расположенный в средней широте с хорошей солнечной экспозицией (около 1500 кВтч/м²/год облучения), может генерировать около от 4500 до 9000 кВтч в год — эквивалентно значительной части годового потребления электроэнергии на этаже коммерческого офиса.
• Многослойное солнечное стекло из кристаллического кремния обеспечивает более высокую эффективность преобразования 15–22% на площадь ячейки, но поскольку только часть площади стекла покрыта ячейками (остальная часть представляет собой прозрачный зазор), общая эффективность панели обычно составляет 10–14%

Обычное стекло, независимо от его типа и качества, не генерирует нулевую электрическую энергию. Его энергетическая ценность ограничивается теплоизоляционными характеристиками — снижением нагрузки на отопление и охлаждение за счет контроля теплопередачи через ограждающие конструкции здания.

Разница в стоимости: солнечное стекло имеет значительную надбавку

Стоимость является одним из наиболее существенных практических препятствий на пути более широкого внедрения солнечного стекла и представляет собой главное отличие от обычного стекла как с точки зрения первоначальных инвестиций, так и с точки зрения экономики жизненного цикла.

Стандартное флоат-стекло стоит примерно 5–15 долларов за квадратный метр. . Закаленное безопасное стекло варьируется от $15–$40 за м² и изоляционные стеклопакеты (IGU) от 30–80 долларов за м² . Солнечное стекло, напротив, в настоящее время стоит $150–$500 за м² или более в зависимости от технологии, эффективности и уровня настройки, что представляет собой надбавку к издержкам в размере от 5 до 30 раз Стоимость обычного остекления.

Однако при сравнении затрат необходимо учитывать компенсацию доходов от производства электроэнергии. Установка солнечного стекла, вырабатывающая электроэнергию стоимостью 0,10–0,20 доллара США за кВтч, будет постепенно окупать свои дополнительные затраты в течение срока службы — обычно от 25 до 30 лет . По мере развития технологий нанесения тонких пленок и масштабирования производства стоимость солнечного стекла снижается примерно на 5–10% в год , улучшая экономику проектов BIPV.

Применение: где используется каждый тип стекла

Заявки на солнечное стекло и обычное стекло отражают их принципиально разные функции и структуру затрат.

Солнечное стекло Applications

• Интегрированная в здание фотоэлектрическая система (BIPV): Фасады, навесные стены, мансардные окна, навесы и атриумы в коммерческих и институциональных зданиях, где стекло выполняет как архитектурную функцию, так и генерирует чистую энергию из собственной оболочки здания.
• Автомобили и транспорт: Панорамные люки и панели крыши в электромобилях: солнечное стекло увеличивает запас хода аккумулятора, генерируя энергию с поверхности крыши автомобиля во время парковки и вождения.
• Бытовая электроника: Новые приложения для циферблатов умных часов, задних панелей планшетов и поверхностей портативных зарядных устройств — генерация дополнительной энергии для устройств, используемых на открытом воздухе
• Сельскохозяйственные теплицы: Прозрачные или полупрозрачные крыши из солнечного стекла, которые генерируют электроэнергию, но при этом обеспечивают достаточное пропускание света для роста растений — применение двойного назначения, которое все чаще изучается в агровольтаических исследованиях.

Обычное стекло Applications

• Стандартное оконное и дверное остекление в жилых и коммерческих зданиях, где главными требованиями являются максимальная светопроницаемость, теплоизоляция и акустические характеристики.
• Внутренние перегородки, балюстрады, душевые кабины и мебель — где прозрачность, безопасность (закаленная или ламинированная) и эстетика имеют приоритет над энергетической функцией.
• Автомобильные лобовые и боковые стекла — там, где оптическая прозрачность, безопасная ламинация и акустические свойства имеют решающее значение, а ограничения по стоимости делают солнечное стекло неэкономичным для большинства транспортных средств в настоящее время.
• Витрины, зеркала и оптические приборы — там, где требуются особые преломляющие, отражающие или тепловые свойства, которые могут поставить под угрозу интеграцию фотоэлектрических систем.

Долговечность и техническое обслуживание: практическая разница при использовании в зданиях

оба солнечное стекло и обычное стекло являются прочными материалами с ожидаемым сроком службы от 25 до 30 лет or more в строительных приложениях. Однако их требования к техническому обслуживанию существенно различаются из-за электрических компонентов, встроенных в солнечное стекло.

Обычное стекло требует лишь периодической чистки для сохранения оптических характеристик и внешнего вида. Солнечное стекло требует чистки по тем же оптическим причинам: скопившаяся пыль и загрязнения на внешней поверхности могут снизить светопропускание и тем самым снизить выходную мощность на 10–25% в год, если оставить неочищенным. Но солнечное стекло дополнительно требует:

• Периодическая проверка и тестирование электрических соединений, распределительных коробок и проводки для выявления ухудшения качества или неисправностей фотоэлектрической цепи.
• Мониторинг электрической мощности в сравнении с ожидаемой выработкой для выявления ранней стадии деградации фотоэлектрического слоя, прежде чем она станет значительной.
• Осторожное обращение и протоколы замены, поскольку повреждение фотоэлектрического слоя или герметизирующего промежуточного слоя влияет не только на структурные характеристики стекла, но и на его электробезопасность.

Тонкопленочные фотоэлектрические слои, используемые в солнечном стекле, по своей природе прочны и герметично закрыты ламинированным стеклом, но электрическая инфраструктура — инверторы, кабели, системы мониторинга — налагает обязательства по техническому обслуживанию, которых просто нет у обычного стекла.