En marzo de 2023, CNBM (Chengdu) Optoelectronic Materials Co., Ltd. recibió el Premio de la Industria de China por su notable logro en la innovación independiente de una tecnología de generación de energía. Esta tecnología tiene la capacidad de convertir un pedazo de vidrio aislante ordinario en un material conductor, generando electricidad. Esta innovación pionera abre un nuevo camino para el desarrollo de energía verde al permitir la generación de energía a partir de la luz solar. Hoy, dejemos que ZMS los lleve en un viaje para explorar el maravilloso mundo del vidrio generador de energía.
Tabla de Contenidos
– ¿Cómo Genera Electricidad El Vidrio?
– Aplicación a Gran Escala del Vidrio Generador de Energía
– ¿Se Puede Utilizar Vidrio Generador de Energía en Hogares?
– Nuevo Potencial en La Industria Fotovoltaica
– Ventajas Medioambientales del Vidrio Generador de Energía
– Futuro del Vidrio Generador de Energía
¿Cómo Genera Electricidad El Vidrio?
La capacidad del vidrio para generar electricidad depende principalmente de una capa de película fotovoltaica de tellururo de cadmio (CdTe) de 4 micrómetros de grosor colocada en el centro. El CdTe se considera uno de los materiales con la mayor eficiencia de conversión teórica. Se puede lograr más del 90% de absorción de luz visible con 1 µm de CdTe.
Sin embargo, la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células solares de CdTe en el laboratorio fue muy baja y no hubo avances significativos durante una década, lo que llevó a la industria a creer que el material no tenía potencial.
No obstante, Pan Jingong, el gerente general de CNBM, creyó que esta investigación tenía un valor científico significativo. Después de años de investigación dedicada, su equipo superó con éxito una serie de desafíos, incluida la purificación de telurio de alta eficiencia, la preparación de aleaciones semiconductoras de CdTe, la producción a gran escala de vidrio generador de energía, la tecnología de recubrimiento dinámico y el desarrollo de equipos completos.
Después de 8 años de arduo trabajo, su equipo desarrolló con éxito vidrio generador de energía con película fotovoltaica de CdTe y aumentó su eficiencia de conversión fotoeléctrica del 8,72% inicial al 20,24% en el laboratorio y al 16,18% en la línea de producción.
Además, la adición de CdTe mejora significativamente la resistencia del vidrio. Y el CdTe tiene una estructura cristalina altamente estable, que puede ser encapsulada de manera segura dentro del vidrio generador de energía durante muchos años.
En agosto de 2017, CNBM produjo con éxito el primer vidrio generador de energía CdTe de gran área del mundo (1,92 metros cuadrados). Solo ese año, el proyecto liderado por Pan Jingong recibió pedidos por valor de 170 millones de yuanes.
Eficiencia de Generación de Energía
Se informa que un pedazo de vidrio generador de energía de aproximadamente 2 metros cuadrados puede generar 270 kWh por año, lo que es suficiente para satisfacer la demanda anual de electricidad de una familia con solo dos o tres piezas de vidrio.
Aplicación a Gran Escala del Vidrio Generador de Energía
El desarrollo del vidrio delgado con propiedades fotovoltaicas de CdTe ha obtenido 34 patentes. Sus productos se han utilizado ampliamente en edificios públicos como el gobierno, escuelas, hospitales, así como en muros cortina de edificios comerciales y fábricas.
En la actualidad, el vidrio generador de energía a gran escala se ha instalado en el Aeropuerto Internacional de Chengdu Shuangliu y en el Centro de la Ciudad Inteligente de Chengdu. La capacidad instalada solo en el Centro de la Ciudad Inteligente de Chengdu ha alcanzado los 240 kW.
En la construcción de los Juegos Olímpicos de Invierno de Beijing en 2022, el vidrio generador de energía CdTe también se aplicó en el Pabellón Nacional de Patinaje de Velocidad y en el proyecto de construcción integrado de edificios (BIPV) de los lugares de los Juegos Olímpicos de Invierno de Zhangjiakou.
Eficiencia Actual de Generación de Energía
La fábrica del Parque Industrial Eléctrico Chuan Kai, en el distrito de Shuangliu, Chengdu, está equipada con vidrio de generación de energía. Todo el techo de la fábrica está diseñado en forma de zigzag y onda, y se utiliza vidrio de generación de energía para construir los tres techos que dan al sur.
Según los datos del sistema inteligente de gestión de energía, el vidrio de generación de energía comienza a generar electricidad a las 6:40 a.m. y continúa generando electricidad hasta las 7:30 p.m. Incluso en condiciones de luz solar débil por la mañana y por la noche, aún puede generar una pequeña cantidad de electricidad.
Según Liu Shixu, decano del Instituto de Investigación de Energía Inteligente de Chuan Kai Electric Co., Ltd., el parque ha instalado 6.880 piezas de vidrio de generación de energía de 1,6 metros de largo y 1,2 metros de ancho. La superficie total de estos vidrios es de aproximadamente 15.000 metros cuadrados, y la generación de energía máxima alcanza los 5.555 kWh.
Cuando el parque funciona normalmente, el consumo diario de energía es de aproximadamente 20.000 a 30.000 kWh. Y la generación diaria de energía del vidrio de generación de energía representa el 20% del consumo de electricidad del parque. Según los cálculos, el vidrio de generación de energía en el parque puede generar 1,4 millones de kWh de electricidad al año, y puede ahorrar alrededor de 800.000 yuanes en facturas de electricidad anualmente según el precio actual de la electricidad.
Costes y Beneficios
Se estima que la vida útil del vidrio de generación de energía es de 30 años, y el costo puede recuperarse en los primeros 6 años a través de la generación de energía. En los siguientes 24 años, no solo se puede usar electricidad de forma gratuita, sino que también se puede generar ganancias con la promoción de la conexión a la red de generación de energía fotovoltaica.
¿Se Puede Utilizar Vidrio Generador de Energía en Hogares?
Con el rápido desarrollo de la energía fotovoltaica, la integración de la fotovoltaica en edificios (BIPV) se ha convertido en un campo muy esperado. En el ámbito doméstico, Tesla ha lanzado el producto Powerwall, que carga vehículos eléctricos a través de un sistema solar en la azotea. Entonces, ¿se puede utilizar vidrio generador de energía en hogares?
Precio
Desde la situación actual, las condiciones para el uso doméstico del vidrio generador de energía ya están en su lugar, pero el costo es un factor que debe ser considerado. Según Pan Jingong, el vidrio generador de energía de la compañía cuesta alrededor de 1,000 yuanes por metro cuadrado. Un hogar promedio típicamente requiere alrededor de 5 metros cuadrados, lo que significa que se tardaría alrededor de 8-10 años en recuperar la inversión.
Sin embargo, a medida que la industria de células solares de película delgada CdTe se expande y la tecnología de producción sigue mejorando, el potencial de reducción de costos de los componentes CdTe es mucho mayor que el de los componentes de silicio cristalino.
Seguridad
De hecho, además del costo, hay muchos otros factores a considerar. Hay muchas regulaciones y estándares para la construcción de edificios, pero la construcción fotovoltaica sigue siendo un campo relativamente nuevo. Problemas como la seguridad eléctrica, el diseño del cableado eléctrico, el mantenimiento y la inspección requieren investigación y desarrollo continuos.
Nuevo Potencial en La Industria Fotovoltaica
Según informes, la industria fotovoltaica se divide principalmente en dos campos tecnológicos: células solares de silicio cristalino y células solares de película delgada. El vidrio solar de película delgada de telururo de cadmio es un tipo de célula solar de película delgada que se utiliza ampliamente en la industria.
En comparación con otros tipos de células solares, el vidrio solar de película delgada de CdTe tiene un menor costo de fabricación y una mayor eficiencia de conversión que el silicio cristalino, el arseniuro de galio y otras células solares.
En contraste con la necesidad de sitios de construcción a gran escala para paneles solares fotovoltaicos, el vidrio solar puede ser utilizado de manera más amplia en las ciudades.
Además, los módulos solares de película delgada de CdTe tienen un buen efecto de luz débil. Pueden generar electricidad en entornos de luz débil como en la mañana, tarde, días nublados y lluviosos. Por lo tanto, este tipo de vidrio solar también es adecuado para áreas con pocas horas de iluminación.
Ventajas Medioambientales del Vidrio Generador de Energía
El vidrio generador de energía tiene una baja reflectividad y no causa contaminación lumínica. Se puede utilizar no solo en plantas de energía solar a gran escala, sino también como reemplazo de materiales de construcción tradicionales en varios edificios, proporcionando energía limpia del sol.
Según Pan Jingong, su telururo de cadmio se extrae de residuos y es un material sostenible. Solo se necesitan 20 gramos de telururo de cadmio para producir un metro cuadrado de vidrio generador de energía, que puede generar un promedio de 270 kWh por año durante al menos 50 años. Además, por cada kilovatio-hora producido, solo se emiten 11 gramos de dióxido de carbono.
Actualmente, la capacidad de producción anual de vidrio generador de energía CdTe en CNBM es de alrededor de 100 megavatios. Se estima que estos vidrios pueden generar 113.77 millones de kWh de electricidad por año, ahorrando 39,138 toneladas de carbón estándar y reduciendo las emisiones de dióxido de carbono en 118,967 toneladas por año.
Si el vidrio generador de energía se utiliza ampliamente, podría reducir significativamente nuestra dependencia de otros recursos no renovables, logrando el objetivo de protección del medio ambiente y reducción de carbono. Esto podría ser un paso sólido para la humanidad en el campo de la energía renovable.
Futuro del Vidrio Generador de Energía
El futuro del vidrio generador de energía parece prometedor, ya que no solo puede usarse en la integración de la fotovoltaica en edificios (BIPV), sino también en aplicaciones más innovadoras. Debido a su alta capacidad de carga, el vidrio generador de energía se puede colocar directamente sobre la superficie de las carreteras. Una vez que se integre con tecnología de carga móvil para vehículos eléctricos, se podrá habilitar la carga a través de las carreteras.
Actualmente, las líneas de producción de vidrio generador de energía CdTe se han puesto en funcionamiento comercial a gran escala. Como una importante fuerza emergente en la generación de energía fotovoltaica, el mercado del vidrio generador de energía CdTe enfrenta tremendas oportunidades de desarrollo.
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