用玻璃發電
 

　　2019年年底，美國加利福尼亞(ya) 州紅杉市的Ubiquitous Energy公司的員工聚集在完全由玻璃窗組成的會(hui) 議室裏，他們(men) 麵前的新型玻璃窗不僅(jin) 能呈現加利福尼亞(ya) 州北部壯觀的山景和美麗(li) 的天空，還能兼作光伏電池，為(wei) 公司的照明、電腦和空調等供能。
 

　　經過多年的研發，Ubiquitous Energy實現了一項清潔行業(ye) 的技術突破——發電玻璃，其中的奧秘在於(yu) 玻璃薄板之間的多種有機聚合物層，其中一些聚合物層能完全透光，而另外一些能吸收不可見的紅外線和紫外線光子。光線透過玻璃時，聚合物層之間的電子流形成電流，被玻璃中的細導線收集。



 

　    玻璃發電的原理
 

　　Ubiquitous Energy業(ye) 務拓展總監Veeral Hardev說，“這有點像反向運行的透明電腦顯示器。”換句話說，顯示器用電點亮屏幕的各個(ge) 像素點，反過來這種發電玻璃在光線透過玻璃時，能在不同位置產(chan) 生電流。
 

　　目前，在給定的光照水平下，這種玻璃的發電能力大約是常規屋頂光伏的三分之一，其透光率大約是普通玻璃的一半。
 

　　Hardev表示，達到這些指標已足以使這種玻璃成為(wei) 一種實用的產(chan) 品，而他的公司有望大幅提高玻璃的透光率。至於(yu) 較低的發電能力，他指出窗戶所覆蓋的麵積比屋頂大，因此能用麵積優(you) 勢彌補效率上的不足。Hardev說，“你可以兩(liang) 者都用，但窗戶的發電將更多。”他補充道，最大的挑戰是將目前不足0.19平方米的窗戶麵積擴大至約4.65平方米。
 

　　比玻璃更清晰
 

　　窗戶的革命早該出現了。隨著世界各大城市重拾對摩天大樓的熱愛，熠熠生輝的高樓已演化成各地的固定景點，但高樓上的玻璃卻幾乎沒有技術上的進步。
 

　　對建築的溫度控製是一項巨大挑戰，美國能源專(zhuan) 項上18%的資金用於(yu) 給建築供熱和製冷。據美國勞倫(lun) 斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）估計，在寒冷的季節裏，從(cong) 窗戶流失的暖氣的折合價(jia) 值約為(wei) 200億(yi) 美元；而在夏季，從(cong) 裝有空調的建築的窗戶流失的冷氣折合出的價(jia) 值數額更大。總之，用於(yu) 建築供熱製冷的資金，有一半以上的費用通過窗戶流失的能量而浪費了。
 

　　總部位於(yu) 密西根的Mackinac Technology公司正在開發一種可防止置於(yu) 普通玻璃表麵的塗層塑料薄板，在不影響視野清晰度的同時，還能改善玻璃的絕熱和熱反射性能。其中，塑料板將空氣困在中間，提高玻璃的絕熱性能。而塗層能讓可見光透過，但會(hui) 反射紅外線（攜帶著大部分熱能）。
 

　　該公司的CEOJohn Slagter表示，事實上Mackinac的窗戶比普通玻璃更清晰。他表示，隱形的塗層能減少塑料表麵反射的光線，反而增加窗戶的透光量和室內(nei) 清晰度。
 

　　將塗層塑料薄板直接安裝在現有窗戶框架上，就可將單層玻璃或雙層玻璃的絕熱性能提高兩(liang) 倍，同時它非常輕，不會(hui) 明顯增加窗戶重量。Slagter表示，這種新材料已成功通過了在美國加爾文大學（Calvin University）在窗戶上的測試。得益於(yu) 美國政府機構的部分資助，在2022年正式投入使用前，這種塑料薄板將在更大的試點項目中進行推廣測試。
 

　　光線的明暗之爭(zheng)
 

　　但有時，高清晰度並不總是優(you) 點，特別是對於(yu) 朝南的建築物，強烈的太陽光會(hui) 通過窗戶射入室內(nei) 。科羅拉多大學博爾德分校的材料科學研究人員Michael McGehee說，“雖然強光能增加房間的溫度，但人們(men) 並不喜歡在陽光充足的環境下工作，甚至可能會(hui) 看不清電腦屏幕。通常人們(men) 會(hui) 選擇拉上窗簾，但這樣又會(hui) 失去窗外的視野，享受不了陽光帶來的其他好處。”
 

　　為(wei) 緩解陽光的刺眼感，McGehee團隊長期致力於(yu) 改進“電致變色”窗戶（通過外加電場，使材料發生穩定、可逆的顏色變化），通過開關(guan) 控製窗戶的明暗度，濾除嚴(yan) 重的眩光，將室內(nei) 調節至舒適的進光量。基於(yu) 此，這個(ge) 團隊設計的窗戶包含一個(ge) 含有鉑的銦錫氧化物層和一個(ge) 氧化鎳層，並兩(liang) 層之間填充了一種鋰溶液。對兩(liang) 層結構施加低電壓時，它們(men) 充當電極產(chan) 生電場，溶液中的鋰離子會(hui) 遷移並粘附到氧化鎳層。
 

　　雖然鋰在溶液中呈透明，但覆蓋在氧化鎳層時卻呈半透明。McGehee說，“隻需要在電極上覆蓋一層10nm厚的鋰，就能阻擋大部分光線。”他補充道，這樣的窗戶就像是建築的“太陽鏡”。此外，通過改變電壓可以分級調節遮擋陽光的程度。
 

　　如果這些成果順利商業(ye) 化，那麽(me) 在未來10~20年裏，窗戶將成為(wei) 大量便捷、環保型城市的重要組成部分。這會(hui) 是人類朝著碳足跡歸零方向邁出的堅實一步。