支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。 透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
焦油和瓦片幾乎不是環保材料，因此美國能源部 (DOE) 希望很快幫助房主和企業用更環保的材料替換屋頂。 為此，能源部本月早些時候向紐約市結構工程公司 Weidlinger Associates 授予了 15萬美元的資助（州政府提供 10% 的配套資金），用於開發耐用的混合太陽能屋頂板，該屋頂板集成了光伏電池和熱電材料，可以收集太陽能，為建築物產生電力和熱水。
Weidlinger 正在與紐約市的哥倫比亞大學合作開展該專案，工程師和研究人員希望該專案至少能將收集到的 12% 的陽光轉化為電力。 這將比相對便宜的薄膜塑膠太陽能電池 5% 到 10% 的轉化率有所提高，但與最複雜（且昂貴）的太陽能電池相去甚遠，後者已實現 高達 41.6% 的轉化率。
這些新型光伏熱混合電池板目前僅以原型形式存在。 在透明的最外層保護罩下方是一層光伏電池，然後是一層熱電材料，一層帶有塑膠管（稱為功能梯度材料中間層）的層，用於輸送水，以冷卻其他層，同時帶走加熱的水，以及底層加固塑膠。 光伏電池將太陽的電磁輻射轉化為電力，而熱電層將太陽的熱量轉化為電力。
水管對於設計至關重要。 Weidlinger 可持續設計總監 Greg Kelly 說，通常，當光伏電池升溫時，它們在陽光明媚的環境中的正常工作溫度下開始失去效率。 哥倫比亞大學土木工程與工程力學助理教授 Huiming Yin 設計的設計包含冷卻光伏電池的能力，同時還加熱水供安裝面板的建築物使用。
除了在哥倫比亞大學的實驗室進行測試外，其中一些面板將安裝在 弗雷德里克·道格拉斯學院 屋頂上一個 6.4 平方米的避難所頂部，這是一所紐約市高中，專門從事弱勢和代表性不足教育群體的教育。 避難所建成後，學生將監控面板的效能。 尹說：“我們必須做的是證明一般的商業可行性，”他補充說，這意味著技術及其相關成本都必須恰到好處。 研究人員尚未計算該技術每瓦的成本，這是衡量可再生能源專案是否可以與已建立的化石燃料技術競爭的標準。
如果該專案的第一階段獲得成功，哥倫比亞大學和 Weidlinger 所做的工作可能會在六個月內進入第二階段。 Kelly 說，第二階段可能會為研究人員提供 100 萬美元的能源部資金，為期一年，以進一步開發該技術，而第三階段可能會涉及高達 1000 萬美元的資金，用於為生產做好技術準備。 他補充說：“我們預計需要五年時間才能上市，前提是一切順利。”
能源部迄今為止一直支援這項技術。 能源部在傳送給大眾科學的電子郵件宣告中表示：“由於初始成本高和效率低下，太陽能電池板尚未實現市場滲透，但該專案的混合建築一體化面板將成為建築物外層的一部分，效率將大大提高。” “這些成本更低、更耐用的面板適用於住宅和商業專案的新建和翻新工程。”
David Ginger 是西雅圖華盛頓大學的化學副教授，他說，構建一種既足夠堅固可以用作屋頂板，又足夠靈敏可以儘可能多地捕獲太陽能的太陽能電池板的廣泛概念可能是可行的。 他補充說：“當然，以具有成本效益的方式將所有這些想法整合到同一個方案中，通常比在紙上提出想法更具挑戰性，這就是為什麼你需要聰明的工程師嘗試新設計，然後在真實環境中對其進行測試。”
儘管“建築一體化光伏” (BIPV) 的概念並不新鮮，但哥倫比亞大學-Weidlinger 的多層混合設計與目前建築商可獲得的任何產品都不同。 例如，德國的 SolarWorld AG 銷售一種名為 Energyroof 的技術，該技術由覆蓋有太陽能層壓板的面板組成，這些層壓板可以發電，但不包括熱電材料層。
10 月，陶氏化學公司宣佈推出其 Powerhouse 太陽能瓦，該公司稱該產品可以與標準瀝青瓦材料整合到屋頂中。 這些太陽能瓦採用薄膜銅銦鎵硒 (CIGS) 光伏電池，預計將於 2010 年年中少量上市，並預計將於 2011 年更廣泛地上市。 2007 年，能源部向陶氏化學公司提供了 2000 萬美元的資金，用於為住宅和商業市場開發建築一體化太陽能陣列。
Kelly 說，一旦 Weidlinger 和哥倫比亞大學制造出他們的面板，工程師們將不得不決定如何最好地保持它們的防水和防火效能，他補充說：“我們還希望在重量上與現有的屋頂系統相當。”