Электрохромное устройство (ECD) контролирует оптические свойства, такие как оптическое пропускание, поглощение, коэффициент отражения и / или излучение, непрерывным, но обратимым образом при подаче напряжения (электрохромизм). Это свойство позволяет использовать ECD в таких приложениях, как умное стекло, электрохромные зеркала и электрохромные устройства отображения.
Электрохромные (иногда называемые электрохроматическими) устройства являются одним из видов электрохромных элементов. Базовая структура ECD состоит из двух слоев EC, разделенных электролитическим слоем. ECD работает от внешнего напряжения, для чего используются проводящие электроды с обеих сторон обоих слоев EC. Электрохромные устройства можно разделить на два типа в зависимости от вида используемого электролита, а именно: Ламинированные ECD — это те, в которых используется жидкий гель, в то время как в устройствах EC с твердым электролитом используется твердый неорганический или органический материал.
Базовая структура электрохромного устройства включает в себя пять слоев, наложенных друг на друга на одной подложке или расположенных между двумя подложками в многослойной конфигурации. В этой структуре в ECD используются три принципиально разных типа слоистых материалов: Слой EC и слой для накопления ионов проводят ионы и электроны и относятся к классу смешанных проводников. Электролит является чистым ионным проводником и разделяет два слоя EC. Прозрачные проводники являются чистыми электронными проводниками. Оптическое поглощение возникает, когда электроны перемещаются в слои EC из прозрачных проводников вместе с ионами, уравновешивающими заряд, поступающими из электролита.
Электрохромные окна, также известные как «умные окна», представляют собой новое технологическое решение для достижения энергоэффективности в зданиях с регулируемым коэффициентом пропускания света и солнечной энергии. Эти ‘умные окна’ могут автоматически регулировать количество света и солнечной энергии, проходящих через окна, что впоследствии повышает комфорт в помещении; например, электрохромное стекло обеспечивает лучшую устойчивость к бликам, чем фриттованное стекло, при большинстве применений под прямыми солнечными лучами. Эффективность этих окон будет варьироваться в зависимости от их расположения, размера и местных климатических условий, поскольку эти факторы влияют на количество солнечного света, попадающего на эти окна. Электрохромные окна обычно обеспечивают контроль над освещением и теплом благодаря своей многослойной конструкции. Эти слои внутри окна обеспечивают тонирование стекла в ответ на увеличение количества поступающего солнечного света, а также защиту от ультрафиолетового излучения. Примером такой многослойной конструкции является электрохромное стекло, разработанное компанией Gesimat, в котором несколько слоев материала (т. Е. оксида вольфрама, поливинилбутираля и берлинской лазури) прослоены двумя двойными слоями стекла и стекла с покрытием из легированного фтором оксида олова. Вместе слои оксида вольфрама и берлинской лазури образуют дополнительные электрохромные слои; по сути, это означает, что они образуют положительный и отрицательный концы батареи, использующей поступающую солнечную энергию. Поливинилбутираль (PVB) образует центральный слой в этой конфигурации и служит полимерным электролитом (это обеспечивает протекание ионов, которые, в свою очередь, генерируют ток).
ДОКАЗАННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
По данным ООН по окружающей среде и Международного энергетического агентства в их Отчете о глобальном состоянии за 2017 год, на здания и сооружения вместе взятые приходится 36 процентов глобального конечного потребления энергии и 39 процентов выбросов углекислого газа (CO2), связанных с энергетикой, с учетом выработки электроэнергии в верхнем бьефе.
Благодаря способности электрохромного оконного стекла адаптироваться к солнечному теплу и свету в зависимости от времени года и потребностей, оно обеспечивает такой уровень эффективности проекта, который приводит к значительной долгосрочной экономии в течение жизненного цикла здания.
Помимо снижения первоначальных материальных затрат на системы затенения, электрохромное стекло также может помочь снизить эксплуатационные расходы здания. Это снижает общую энергетическую нагрузку в среднем на 20 процентов и пиковую потребность в энергии до 26 процентов в течение жизненного цикла здания.
Как работает электрохромное стекло
Покрытие электрохромного стекла состоит из пяти слоев керамического материала. При подаче низкого электрического напряжения покрытие темнеет, поскольку ионы лития и электроны переходят от одного электрохромного слоя к другому электрохромному слою.
Изменение полярности напряжения приводит к тому, что ионы и электроны возвращаются в свой первоначальный слой, в результате чего стекло возвращается в свое прозрачное состояние.
Эта реакция твердого состояния контролируется с помощью источника питания с очень низким напряжением (менее 5 В постоянного тока). Затемненное состояние позволяет стеклу поглощать и повторно излучать нежелательное солнечное тепло и блики. Прозрачное состояние позволяет максимально использовать дневной свет и солнечную энергию.
СТАТИЧЕСКОЕ СТЕКЛО ПРОТИВ. ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ СТЕКЛО
По данным Министерства энергетики США, на долю энергии, теряемой через обычные окна, приходится примерно 30 процентов энергии на отопление и охлаждение. Не при использовании электрохромного стекла. Адаптируясь к внешним климатическим условиям, электрохромное стекло минимизирует потребление энергии за счет снижения нагрузки на отопление зимой, кондиционирование воздуха летом и электрическое освещение круглый год.
Обычные окна также вызывают блики и нагрев, и для компенсации негативного воздействия солнца требуются жалюзи и шторы. Электрохромное стекло устраняет необходимость в дополнительных системах солнечного затенения, следовательно, затрачивает дополнительную энергию и ресурсы на их производство, транспортировку и установку.
Кроме того, при использовании штор и жалюзи необходимо не только мыть окно, но также чистить и обслуживать жалюзи. При использовании электрохромного стекла не требуется дополнительного ухода, кроме поддержания стекла в чистоте, что ограничивает воздействие здания на окружающую среду.
Ожидается, что рынок электрохромного стекла будет стремительно развиваться. По данным стороннего исследователя n-tech, к 2020 году выручка рынка электрохромного стекла должна достичь 3 миллиардов долларов, а к 2023 году она продолжит расти и превысит 4 миллиарда долларов.
И наибольший потенциал роста в электрохромной промышленности заложен в «умных окнах», которые к 2019 году должны вырасти с нынешних 40 миллионов долларов до 500 миллионов долларов.
Более широкое применение электрохромного стекла
В последние годы внедрение электрохромного стекла ускорилось. И мы считаем, что это ускорение усилится в Новом году, поскольку все больше инсталляций служат доказательством для архитекторов и дизайнеров зданий. Архитекторам свойственно избегать риска при использовании новых строительных технологий – они используют традиционное стекло и остекление уже много-много лет. И бывает трудно отказаться от старых дизайнерских привычек. Однако мы видим, что растущее число проектов reference point помогает ослабить опасения, связанные с внедрением электрохромного стекла.
Электрохромное стекло присутствует в самых разных зданиях, но в основном сосредоточено в учреждениях высшего образования и здравоохранения, а также в коммерческих офисных помещениях. Электрохромное стекло продолжит расширяться в этих секторах. Однако мы считаем, что производство электрохромного стекла станет более разнообразным и еще больше распространится на розничный рынок, включая гостиничные заведения и рестораны. Существует также значительный потенциал применения электрохромного стекла в транспортных сооружениях, таких как весовые станции и аэропорты, и мы прогнозируем, что динамическое стекло окажет положительное влияние на зарубежных рынках, где солнечные блики и экстремальная жара являются актуальными проблемами.