Hvordan vinduesglas bliver smartere

Heliotrope teknologier , en startup i et tidligt stadium, der i øjeblikket inkuberer på Lawrence Berkeley National Laboratory, kan have fundet nøglen til at levere det første omkostningseffektive smarte vindue. Virksomheden har udviklet en relativt billig glaskomposit med den hidtil usete kapacitet til selektivt at blokere solens varmeproducerende infrarøde stråling samt synligt lys. Bygninger udstyret med sådanne glas kunne være mere energieffektive.

Smartere glas: Nyere forskning ledet af Heliotrope medstiftere demonstrerede det første elektrokrome glas, der kan tones reversibelt og også blokere infrarød stråling, mens det er gennemsigtigt.

Virksomheden for nylig annonceret at det ville begynde at sende prøver til store glasproducenter for at vurdere dets potentiale for kommercielle bygninger og boligbyggerier. Det sigter mod at producere sit første produkt inden for tre år.

Mange eksperter ser den nye teknologi inden for smarte eller dynamiske vinduer - som bruger glas, hvis transmittans af solstråling kan ændres efter behov ved at påføre varme (termokromisk), lys (fotokrom) eller elektricitet (elektrokromisk) - som en lovende måde at bremse forbrug af energi til køling og belysning af bygninger. National Renewable Energy Laboratory har anslået at udbredt brug af teknologien kan reducere energiforbruget i USA med omkring 5 procent. Markedet for smart glas er dog stadig minimalt og er for det meste begrænset til nicheapplikationer som tonebare bakspejle i biler. Efterspørgslen efter smarte vinduer er lav, fordi forudgående omkostninger er uoverkommeligt høje for de fleste potentielle købere.

To virksomheder, Udsigt og Sage Elektrokromik , har taget føringen i den spæde industri. Sidstnævnte blev for nylig opkøbt af en stor glasproducent, Saint-Gobain. Men de førstegenerationsprodukter, som disse virksomheder fremstiller, modulerer hovedsageligt synligt lys, og enhver lille variation i deres evne til at blokere infrarød (IR) stråling kan kun forekomme på samme tid, som synligt lys også blokeres, siger Delia Milliron , en medstifter af Heliotrope, virksomhedens videnskabelige chef og stabsforsker ved LBNL. Der er ingen adskillelse som funktion af spænding, som vi har i vores materialer.

Millirons gruppe på LBNL udgav et papir i sidste måned i Natur hvori den beskrev et nyt glaskompositmateriale, der kan tones reversibelt og kan blokere infrarød stråling, mens det forbliver gennemsigtigt - den første demonstration af glas, der tillod uafhængig kontrol over transmittansen af ​​synligt lys og IR-stråling. Det nye materiale kan skifte mellem tre tilstande, faktisk - fuldt gennemsigtigt, gennemsigtigt, men blokerende IR-stråling og blokering af både synlig og IR-stråling - alt efter mængden af ​​påført spænding. Og når glasset har skiftet, er det ikke længere nødvendigt at køre strøm igennem det.

Et elektrokromt vindue fungerer i det væsentlige som et gennemsigtigt genopladeligt batteri. To stykker ledende glas ligger sammen med et elektrolytmateriale, og ændringer i glassets transmittans sker som reaktion på elektrokemisk opladning og afladning.

I det design, der er demonstreret af Millirons gruppe, er den nye komposit, lavet af indiumtinoxidnanokrystaller indlejret i niobiumoxidglas, aflejret på den ene side og fungerer som en elektrode; en anden elektrode placeres på den modsatte side af elektrolytten. Påføring af en moderat spænding får nanokrystallerne til at blive elektronisk ladede, hvilket igen får IR-stråling til at blive absorberet og blokeret. Påføring af en noget større spænding bevirker, at niobiumoxidglasset bliver elektrokemisk reduceret, hvilket resulterer i toning. Endelig får en anden beskeden spænding glasset til at skifte tilbage til fuldt gennemsigtigt.

Mens Heliotrope ikke bruger de nøjagtige materialer, der er brugt i Millirons offentliggjorte forskning, ligner virksomhedens proprietære sammensætninger dem, hendes gruppe har demonstreret, siger medstifter og præsident Jason Holt.

Den kraftfulde nye funktionalitet af Heliotropes materiale er ikke engang dets vigtigste kendetegn, i det mindste på kort sigt, ifølge Holt. Jeg tror, ​​at det, der virkelig kommer til at udvide markedet for smarte vinduer, er et produkt, der er meget billigere end det, der findes derude.

De produkter, som View og Sage laver, er cirka dobbelt så dyre per kvadratmeter for slutbrugeren sammenlignet med et typisk statisk dobbeltvindue, siger han. Da Heliotropes materiale kan fremstilles ved hjælp af relativt billige løsningsdeponeringsteknikker og ikke kræver de dyrere vakuumaflejringsteknikker, der generelt bruges til at fremstille elektrokrome, mener Holt, at virksomheden i sidste ende kan fremstille produkter med priser, der er mere på linje med standarden. dobbeltrude vinduer. Det er der, du skal være, hvis du vil begynde at se på disse som energieffektive produkter og udsætte dem for energitilbagebetalingsmålinger og sådan noget.

Nuværende smarte glasprodukter er så dyre, og tilbagebetalingsperioden for dem er så lang, at det ikke er noget, der virkelig sker i dag, at købe smart glas udelukkende på baggrund af dets energieffektivitet, siger Eric Bloom, senioranalytiker hos Navigant Research, der for nylig forfattet en rapport fokuseret på det smarte glasmarked. Faktisk vil markedet i de næste par år, efterhånden som Sage og View øger deres produktionskapacitet, sandsynligvis primært blive drevet af købere, der har råd til at købe smart glas, simpelthen fordi det er cool, siger Bloom. Omkostningerne falder dog, og fra et energibesparelsesperspektiv, siger han, vil business casen for smart glas se meget mere overbevisende ud om cirka fem år.

Indtil videre vil Heliotrope fokusere på at tilpasse sin fremstillingsteknologi til at lave prototyper målt i kvadratfod i stedet for kvadrattommer. Hvis alt går som planlagt, siger Holt, vil virksomheden lave små formfaktorenheder, måske så store som et ovenlysvindue, inden for omkring to et halvt år.

skjule