隐型电网！加州Next Energy推出“世界最大”全透明有机光伏窗户
发布日期：2025/3/7
图源：Next Energy Technologies
提到太阳能发电，我们一般会想到铺陈在沙漠上的大型太阳能发电厂，或者安装在屋顶的传统太阳能电池板。
但是对于高耸而密集的城市建筑群来说，几乎没有什么空间留给太阳能发电设施，太阳能电池板往往只能在城市建筑中 “夹缝生存”。
不过，虽然楼顶面积小，但高层建筑最不缺的，是玻璃窗和玻璃外墙。
在中国光伏企业提出“光伏建筑一体化”的同时，一些外国企业也盯上了城市高楼大厦的窗户和外立面幕墙。
最近一家美国公司在有机光伏领域取得的突破性进展，有希望把建筑外立面、落地窗、天窗等等有玻璃的地方，全都变成太阳能电池板。
总部位于加州的有机光伏（OPV）初创公司Next Energy近日推出了据称是世界上最大的全透明有机光伏窗户。
该太阳能发电窗尺寸为1米x 1.5米，由Next Energy的试验生产线开发。这项突破也让玻璃行业离开发全尺寸的太阳能玻璃外墙更近了一步。
图源：Next Energy Technologies
传统的玻璃窗户主要起到透明、防护等作用，而有机光伏玻璃在此基础上增加了光电转换的能力——利用有机半导体发电。
从外观上看，太阳能发电窗户和普通窗户差异不大，但内部却是“暗藏玄机”。
Next Energy采用自动狭缝式涂层技术，将其专利材料——可溶性小分子有机光伏涂料直接涂在玻璃上，然后利用激光在涂料层上刻线，最后再进行层压，对边缘进行密封。
图源：Next Energy Technologies
一块有机光伏玻璃，包含了基板、透明有机光伏涂料层、母线、接线盒和盖玻璃等组成部分。
当太阳光进入玻璃时，有机光伏材料中的有机分子会吸收光子，从而激发电子从原来的轨道跃迁到更高的能量轨道，形成电子-空穴对。
在电场的作用下，这些电子和空穴会被分离并定向移动，分别到达电极，进而在外部电路中形成电流，从而把光能转化为电能。
最重要的是，与硅基半导体不同，有机半导体材料可以在捕获紫外线（UV）和红外线（IR）的同时，仍然允许可见光通过，因此成了让玻璃发电的“完美材料”。
而且，有机半导体主要由碳和氢原子构成，不含镉或铅等重金属和有害物质。与无机太阳能电池使用的材料相比，有机半导体材料的原料来源广泛易得、廉价，且环境稳定性高。
图说：传统光伏玻璃板（左）与有机光伏玻璃板（右）的结构对比图源：Next Energy Technologies
由于与现有的玻璃制造技术兼容，Next Energy发展出了极为灵活轻便的商业模式。
通过与具有玻璃制造能力的制造商合作，Next Energy可将开发出的OPV喷头技术直接授权给玻璃制造商，制造商可以将这种技术简单、低成本地集成在玻璃制造过程中。
这么做的好处在于可以降低Next Energy公司本身建立生产线的成本，同时降低产品的价格，更有利于全球推广。 目前，Next Energy的光伏玻璃窗已经进行了试点安装。
2023年初，户外服装公司Patagonia宣布已在位于加利福尼亚州文图拉的公司总部安装了太阳能窗户。
这些窗户由美国大型商业窗户制造商Walters & Wolf生产和安装，而这家公司正是使用了NEXT Energy的透明有机光伏涂层。
NEXT Energy的涂层被集成到Patagonia园区朝南立面的22扇窗户中，产生的电力用于为员工社区空间的手机和其他设备充电。
图说：Patagonia总部的窗户正在安装透明有机光伏玻璃
来源：Patagonia
Patagonia园区项目也是NEXT Energy的第一个大型示范项目。
NEXT Energy首席技术官Corey Hoven认为，与 Walters & Wolf 这样的窗户制造商及安装商合作，是将透明光伏技术引入更多项目的关键。
“我们试图在不破坏供应链的情况下颠覆市场，”他说。
“平板玻璃制造商生产玻璃并将其出售给窗户制造商，我们合作的窗户制造商将玻璃切割成块并将其出售给窗户玻璃工，再由他们安装窗框。“
“我们的商业模式是允许现有的窗户制造商自己生产。这样人们就可以从值得信赖的窗户制造商那里购买窗户，而不必从头开始重新设计供应链。”
然而，现阶段有机光伏玻璃也并不是十全十美。其技术挑战之一就是光电转换效率。
据MarketWatch报道，目前大部分有机光伏技术路线的光电转换效率大概在11%，低于硅基太阳能电池板的20-25%。
因此，据NEXT Energy估计，他们的窗户产生的电力大约是同面积传统太阳能电池板的20-30%。
不过，NEXT Energy同时也认为，有机光伏玻璃对于建筑表面积的充分利用，可以很好的弥补这一缺陷。
NEXT Energy测算后认为，其玻璃窗可以产生大量可再生能源，可抵消传统商业建筑20-40% 的能源负荷。
而且，窗户还可以捕捉和转换红外光，从而降低建筑物的热负荷，并进一步缓解建筑物电力基础设施（比如空调）的现有压力。
此外，有机光伏玻璃这一技术路线还为“自供电智能玻璃门窗”的发展和普及带来了助力。
有机光伏玻璃产生的电量，足够为智能门窗玻璃电池充电并将其激活。自供电智能玻璃和门窗有了电力就可以实现自动打开或关闭，同时还简化了门窗的安装步骤并降低了成本。
图源：Next Energy Technologies
总之，作为一项不断迭代的绿色能源新技术，有机光伏玻璃在未来或许还将带来更多惊喜。
来源：环球零碳
