建築領域多光譜太陽能技術的研究進展

特刊背景

隨着全球碳中和的推進，建築集成太陽能技術是解決建築領域碳中和的有效方案。太陽能是一種多光譜的複合能源，包括紫外線、可見光和近紅外線。同時，建築作為主要的能源消費者，需要各種類別能源，如光、熱、電，以提供舒適的生活條件。因此，“如何利用太陽能的多光譜效應來解決建築的多類能源需求（包括空氣消毒、照明、產電和加熱/製冷）”，是建築集成太陽能技術中一個具有挑戰性的課題。儘管太陽能多光譜利用技術已然取得了重大進展，但仍面臨諸多挑戰，因此，推動多光譜轉化技術在建築領域的深入發展至關重要。

特刊背景

本期特刊包含了與多光譜太陽能技術相關的最新研究，共有23篇原創文章，主要分為三個部分：光譜分割技術及應用、全光譜集熱技術和日間輻射製冷材料，其中13篇文章介紹了光譜分裂技術的最新發展以及與光伏/光熱技術（用於供暖、制氫、空氣凈化和太陽能燃料）和智能窗（用於光熱解耦）相關的應用；4篇文章重點介紹了用於高效太陽能集熱器的複合納米粒子設計；其餘6篇文章展示了在太陽光譜中具有高反射率（0.3-2.5μm）和大氣窗中具有高發射率（8-13μm）的日間輻射製冷材料。本期文章的總結如下：

為實現全光譜太陽能制氫的轉換，Ma使用負載Pt的TiO2納米顆粒懸浮液作為光熱氫催化劑和光學液體過濾器進行光譜分光，並將GaInP/GaAs/Ge三結太陽能電池與電解池相連。Xia提出了一種PV/T驅動的液體-光催化-凈化多功能系統，並研究了TiO2納米流體層的濃度、厚度和氣泡率對室內甲醛的電溶解和光催化氧化的影響。

Sun開發了一種電致變色玻璃的預測控制策略，以彌補製冷季節視覺和熱環境要求之間的差距。Wang提出了一種光伏組件集成膜反應器的新型系統，利用光譜分離技術以提高燃料和電力的總效率。Chiang提出了一種聚苯胺還原氧化石墨烯（PANI/rGO）納米複合電催化層（具有高透光率和良好的電催化性能），取代了傳統的鉑基電致變色窗，提高了智能窗的光學性能。Bai和He開發了基於羥丙基纖維素（HPC）的熱響應智能窗，並研究了非離子型表面活性劑對HPC光學性能的影響。Gu使用氧化錫銻（ATO）納米流體作為光學過濾器，在不影響室內照明的前提下實現了地下溜冰場的遮陽。

Zhang開發了一種分頻型PV/T系統，以應對多變的室外環境，實現了靈活的熱/電產能模式切換。Kandil研究了聚光式分頻型PV/T系統的熱電產能也行，並討論了截止波長對溫度分布和非冷卻系統最大允許濃度比的影響。Huang提出了一種新型的太陽能聚光光伏和近場熱光伏混合系統（CPV-NFTPVS），基於全光譜太陽能的級聯利用，實現高效太陽能發電。Shen對四種不同的熱變色窗的輻射、光度和色度性能進行了數值研究，並討論了由太陽光譜的不均勻傳輸和吸收引起的色移和溫升。Huang評估了基於Ag@SiO2的分頻型光伏/光熱（PV/T）系統的穩定性和光學特性。Wang和Narayan提出了一種新的太陽能-熱能調節技術，使用多孔聚四氟乙烯（PTFE）層與光譜選擇性吸收器來動態切換光學特性並靈活響應建築的冷熱需求。

Wen利用偶聯劑方法製備了TiN@SiCw二元複合納米粒子，並對TiN和SiCw納米粒子的光學耦合吸收特性進行了數值研究，以提高其光熱效率。Qin討論了納米球、納米棒、核/殼納米粒子和星形納米粒子的光學特性，以強化局部表面等離子體共振（LSPR）。Sun提出了一種核殼複合納米棒，並研究了其光學特性，強調其在提高太陽能吸收效率方面的潛力。Yu介紹了一種光學選擇性氣凝膠，通過摻入金/銀納米粒子來實現光學選擇性並擴展其應用前景。

Dong利用光譜帶互補法，提出了一種BaSO4、CaCO3和SiO2顆粒的混合塗層，實現了太陽光波段的高反射率，並論證了被動式日間輻射製冷塗層的冷卻性能。Yu提出了基於球磨法打碎玻璃泡，提高太陽光反射率和輻射製冷塗料的冷卻性能。Feng研究了重慶地區長波輻射塗料的實際冷卻性能。Zhang提出了一種低成本、可推廣的具有新型樹枝狀細胞結構的複合薄膜，並討論了其輻射冷卻性能。Zhao設計了一種基於二氧化硅的微柵光子冷卻器，並實驗討論了其動態冷卻特性。最後，Hu利用基於純溶液的超聲化學合成方法，提出了一種ZnO塗層的透明木材（CTW）複合材料，使其在整個紅外波段具有高發射率（∼0.91）。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148122018195?via%3Dihub=

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