光伏热窗电效率达 3.6%，可提供 50°C 热水

德国和英国研究人员组成的团队开发出一种新的建筑一体化混合光伏热窗 既能发电又能产生生活热水 (DHW) 的 (PVTW)。

“在建筑环境中安装普通太阳能电池板和集热器需要使用大量屋顶空间，而屋顶空间是有限的。这激发了人们开发高效的建筑集成技术，可以最大限度地利用空间和能源供应。”“在这项工作中，我们制造并测试了一种建筑集成混合 PVTW，它由半透明 PV 层和选择性吸收液体的吸热器组成。”

PVTW 的主要组件是玻璃层，上面有间隔排列的非晶硅 (a-si) 微条阵列。只有一部分阳光被 PV 层吸收用于发电，其余部分则传输到其下方 4 毫米厚的水层。两根黄铜管用作进水口和出水口，两根聚碳酸酯框架用于夹住标准低铁玻璃层。

测试于 2021 年 7 月 16 日至 23 日在伦敦的一处屋顶上进行，当时测得的最高环境温度为 34 摄氏度，中午的太阳辐照度约为 1100 W m - 2。该设备在 30°、60° 和 90° 的倾斜度下进行了测试，并将其性能与参考模块进行了比较。太阳能热窗 (STW) 不含 PV 组件。后者与 PVTW 相同，只是 PV 层被玻璃层取代，形成两层。

试验结果显示，PVTW系统电效率为3.6%，热效率为17.6%。

“倾斜角度为 30° 时，PVTW 的电效率为 3.6%，热效率为 10.7%。能够产生约 50°C 的热水使其适合家庭使用，而其发电量可满足建筑物的能源需求，”该团队指出。“将 PVTW 的倾斜度从 30° 调整到 90°，可以观察到输出温度和热效率的变化，这表明方向对系统性能的重要性。”

他们补充道：“在 90° 倾斜度下，该系统的电效率为 3.3%，热效率为 17.6%，最高出水温度约为 42 摄氏度。与独立的污水处理厂相比，该系统不仅能提供温度更高的热水，而且热效率肯定高出 10%，还能发电。”

学者们表示：“为了了解 PVTW 在满足建筑物热能需求方面的潜在影响，我们可以估算出满足英国伦敦一栋典型的三居室连栋房屋的热水需求所需的 PVTW 表面，该房屋由两名成人和两名儿童居住。”“使用能量平衡，在 30° 倾斜度下，整个 PVTW 表面不超过 1.2 平方米，即可立即满足这一需求。假设有一个带有热水储水箱的大型系统，我们估计，在相同的倾斜度下，大约需要 2.8 平方米的 PVTW 表面来满足整个日常需求，而无需备用锅炉。”

该系统发表在《先进科学》杂志的《建筑一体化混合光伏-热 (PV-T) 窗户用于协同光管理、发电和产热》上。英国伦敦帝国理工学院和德国卡尔斯鲁厄理工学院的研究人员进行了这项研究。