BIPV建筑一体化的热电平衡 | 光谱选择性薄膜的透射率调控

建筑光伏一体化（BIPV）技术因响应“碳中和”目标而快速发展。然而，现有半透明光伏技术（如钙钛矿电池）虽能兼顾发电与透光，但其成本高、耐久性差限制了商业化应用。传统光伏模块（如晶硅电池）虽效率高，但完全遮挡光线，导致室内热增益增加。因此，光谱选择性设计成为解决这一问题的有效途径。本研究开发了一种柔性 PDMS / ITO / PET 光谱选择性薄膜，Flexfilm 建筑玻璃BIPV 透过率测试仪可以精确量化薄膜光学性能，同时实现高带隙以上透射率（保障发电）、高带隙以下反射率（减少太阳得热）和中红外波段发射率（促进辐射冷却），优化了BIPV天窗的热电性能，实验和模拟验证其在炎热地区可显著降低室内得热并提升辐射冷却收益。

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薄膜设计与制备

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(a) PDMS/ITO/PET薄膜结构(b) 32.5°C下PDMS/ITO/PET薄膜（左）、ITO/PET薄膜（中）和普通玻璃（右）的红外图像(c) ITO涂层SEM图像(d) ITO/PET薄膜截面SEM图像结构设计

• PDMS层（300 μm）：提供大气窗口高发射率（ε=0.93@8–13 μm），其低折射率（n≈1.4）同时作为减反射层；
• ITO层（纳米涂层）：选择性反射近红外光（>1.1 μm），降低光伏组件热负荷；
• PET层：柔性基底提供机械支撑。

光学性能优化

• PDMS厚度影响：厚度增至300 μm时，大气窗口发射率饱和（>0.9），而太阳光谱透射损失仅3%；
• 协同效应：PDMS/ITO/PET薄膜在8–13 μm波段发射率达0.93，且因PDMS减反射作用，带隙以上透射率较裸ITO膜提高12%；

PDMS、ITO、普通玻璃及PDMS/ITO/PET结构的(a)太阳光谱透射率与(b)中红外发射率；(c-e)大气窗口（8–13 μm）平均发射率

• 关键参数：薄膜在0.3–1.1 μm波段平均透射率>80%，>1.1 μm波段反射率>80%，8–13 μm波段发射率0.93。

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实验验证

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普通天窗实验：香港夏季云天测试显示，PDMS/ITO/PET薄膜使室内温度降低4.7℃，太阳辐射减少20.8%；光伏天窗实验：标准c-Si光伏板 vs PDMS/ITO/PET贴膜光伏板（覆盖率59%），薄膜使光伏表面温度降低4.9℃，但发电效率下降9%，因ITO层反射部分光子。
全年性能模拟

 

• 光学模型：计算天窗透射/反射/吸收率；
• 发电模型：基于短路电流、开路电压、填充因子；
• 热平衡模型：包含太阳辐射吸热、对流换热、辐射冷却功率。

基于瞬态模型的香港全年仿真显示：柔性 PDMS / ITO / PET 光谱选择性薄膜使年太阳能得热减少18.3%（0.57 GJ/m²），室内辐射冷却增益（RCG）提高 35% （ 0.08  GJ / m² ），发电量轻微下降10%（0.03 GJ/m²）。该技术为炎热地区BIPV天窗提供了被动冷却解决方案。
 

Flexfilm建筑玻璃BIPV透过率 

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建筑玻璃BIPV透射率测试仪是建筑玻璃性能检测的利器，具有高精度的测量准确性、测量稳定性，能够测量样品的透射率，计算出超白压花玻璃的AM1.5有效太阳光透射比、可见光透射比、Y、x、y、L*、a*、b*等颜色参数，显示CIE色坐标及色品图。

• 快速在线测量大面积样品的透射率，并统计均匀性给出mapping图
• 大面积扫描（如0.6m×1.2m基板）可在秒级完成
• 非接触无损检测

Flexfilm建筑玻璃BIPV透过率测试仪可以高精度的测量薄膜透射率来验证 PDMS / ITO / PET 薄膜的光谱选择性，为BIPV行业优化发电-降温平衡提供了关键技术支撑。

原文参考：《Broadband-spectrally selective polymeric film for building integrated photovoltaic (BIPV) skylights cooling》

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