蔡司太阳能窗：窗户作为能源且不可见 - 它的工作方式与您最初怀疑的完全不同

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发布日期：2025 年 1 月 13 日 / 更新日期：2025 年 1 月 13 日 - 作者： Konrad Wolfenstein

蔡司太阳能窗：窗户作为一种能源且不可见 - 它的工作方式与您最初怀疑的完全不同 - 图片：Zeiss

蔡司太阳能窗：建筑物等的隐形能源

太阳能窗重新思考：蔡司展示令人兴奋的太阳能技术，带来令人惊叹的效果

“蔡司太阳能窗：窗户作为一种能源，而且是隐形的——它的工作原理与你想象的完全不同。考虑到这一点，著名光学公司蔡司在拉斯维加斯 CES 2025 上展示了一项非凡的技术，它改变了我们对太阳能的看法。”窗户、太阳能技术和能源效率可能会发生根本性的改变。这项创新结合了全息和微光学元件，将阳光专门引导到窗框中的太阳能电池上，而不会显着改变玻璃的外观和透明度。在全球范围内就可持续能源供应解决方案开展大量工作之际，蔡司太阳能窗可能是使建筑物更高效、更环保、同时更美观的开创性一步。下面我们详细解释它的工作原理，重点介绍应用、优点和潜在挑战。此外，还举例说明了蔡司太阳能窗如何在纯能源发电之外的智能玻璃领域实现各种创新。

底层技术：全息术和微光学

蔡司太阳能窗的亮点是使用了集成到玻璃中的特殊薄膜。这种微光学结构薄膜可重新引导部分入射阳光，从而将红外和近红外范围内的光特别引导至窗框中的太阳能电池。大部分可见光保持透明，因此窗户在外面看起来尽可能清晰。全息术通过使用目标干涉图案将光偏转到特定方向来发挥作用。虽然全息效果通常以令人印象深刻的光和颜色变化而闻名，但对于蔡司太阳窗来说，这些效果几乎是不可见的，因为大部分可见光谱都可以原封不动地通过。

在“传统”太阳能电池中，太阳光被硅或其他半导体基底上尽可能大的面积捕获，并直接转化为电能。相比之下，蔡司系统使用体积小得多但高度专业化的太阳能电池。根据蔡司的说法，这种电池内置于窗框中，其效率高达传统太阳能电池的 20%。这对于此类应用而言非常引人注目，因为有源太阳能电池的面积相对较小。诀窍在于将红外光聚焦并集中在较小的区域上，这意味着尽管活动区域较小，仍可以获得大量的能量。

隐形和透明

任何玻璃创新最重要的问题之一是：“这项新技术是否会影响可见性或设计？”之前许多使用窗户作为能源的尝试往往会在透明度方面做出妥协。窗户要么明显变暗，要么在某些照明条件下看起来有颜色。太阳能电池的集成也经常导致光学损伤，例如由于玻璃中可见的导体轨迹。

另一方面，蔡司强调微型光学薄膜应该几乎不可见，并保持95%以上的透光率。 “我们投入了大量的开发工作，以确保传统窗户的外观不会发生明显变化，”公司消息人士表示。从美学角度来看，这是一个决定性的突破，因为对于建筑师和建造者来说，建筑物的外观不受技术创新的影响至关重要。如果这项技术确实能够像蔡司建议的那样无缝集成，那么它可以为建筑物的广泛使用开辟全新的可能性——从现代的玻璃摩天大楼到小型住宅建筑。

能源生产和温度调节

蔡司太阳能窗的一个关键优势是其双重可持续效应：一方面产生电力，另一方面薄膜可以调节室温。红外光在传输热能时尤其有助于加热室内空间。如果部分红外辐射偏转至太阳能电池，则渗透到建筑物中的热量就会减少。其结果是产生具有积极影响的室内气候，尤其是在炎热地区，并且可以减少对空调的需求。

随着每一缕阳光被捕获并转化为电能，建筑物的整体能源效率都会提高。蔡司的目标是达到同类太阳能电池 20% 的效率，乍一看可能并不令人惊叹，但人们不应该忘记，这是一项涉及使用无论如何都必须安装的巨大玻璃表面的技术。被使用。总的来说，这可以产生大量的能量——尤其是大量的能量——并有助于整体建筑的平衡。

建筑物及其他领域的可能应用领域

蔡司在其演讲中重点介绍了太阳能窗的各个应用领域。具有大玻璃幕墙的经典办公楼因其广阔的窗户面积而成为理想选择。在现代城市中，摩天大楼或至少是带有大面积玻璃幕墙的多层办公大楼很常见。每增加一层楼，可用于产生绿色能源的潜在面积就会增加。此外，有些住宅建筑的窗户（无论其大小）现在可以与其他太阳能技术（例如屋顶）相结合，以确保更高程度的电力自给自足。

另一个令人兴奋的领域是屋顶：檐篷、露台屋顶甚至车库。这些表面现在通常被设计成透明或半透明的，以允许光线通过。为什么不同时产生能量呢？ “隐形”太阳能玻璃是一个有吸引力的选择，特别是在设计需要一定的亮度并且该区域主要旨在防止降水的情况下。

屋顶窗户和天窗也非常适合使用，因为它们通常可以从陡峭的角度提供直射阳光。另一方面，通过这项创新，冬季花园不仅可以充满日光，而且还可以同时设计为积极能源。尽管在倾斜或水平表面上使用传统太阳能电池可以获得良好的产量，但冬季花园通常需要尽可能清晰的视野。仅重定向红外光的全息薄膜在这里可能是完美的。

技术挑战

尽管这项技术听起来令人印象深刻，但其大规模技术可行性的问题却出现了。一方面，全息膜必须均匀地涂覆在大幅面玻璃板上。迄今为止，全息元件仅在较小规模上为人所知。这里必须建立一种生产技术，以保证大批量、大尺寸的一致质量。

此外，窗框中使用的太阳能电池面临着特殊的挑战：它们必须承受热、冷、潮湿和其他环境影响，而性能又不会受到过度影响。蔡司意识到了这一点，并提到了材料科学领域多年的研究，这些研究应该能够实现细胞的稳健和持久的整合。尽管如此，该技术可能还需要一段时间才能进入批量生产并可以全面使用。

经济方面和成本效率

蔡司太阳能窗市场成功的另一个关键标准是成本效益问题。因为即使这个想法很吸引人，建筑商、建筑师和投资者也必须看到与成本相关的附加值。根据其自己的声明，蔡司计划作为系统供应商向其他制造商提供该技术。这意味着蔡司将提供微光学结构薄膜、集成太阳能技术和电子产品，而窗户制造商将接管整个窗户的生产。这种许可策略在行业中很常见，可以让新技术更快地得到普及。

然而，如果蔡司太阳能窗的成本明显高于普通窗户加上屋顶上的传统光伏系统的成本，那么说服潜在客户可能会更困难。另一方面，尽早融入立面意味着建筑商可能不需要传统的光伏模块，或者至少需要更少的空间。此外，可再生能源的支持计划或政府激励措施可以使市场准入变得更容易。

美学创新和建筑附加值

一个有趣的话题是建筑师和设计师如何使用蔡司太阳能窗。如果实际上可以几乎无形地集成该技术，它将开辟新的设计可能性。玻璃建筑外壳长期以来一直是现代建筑的标准。有了蔡司系统，不仅是外墙，室内外的艺术玻璃装置、玻璃栏杆甚至特殊的玻璃地板都可以安装太阳能电池，而不会影响空间的感觉。

此外，蔡司承诺该技术可以长期扩展。全息薄膜可以适应不同的光谱范围，或许可以让建筑师创造出额外的效果。可以想象，玻璃表面可以在白天收集能量，并在黄昏时发出柔和的光线，以设定某些建筑风格。这可能会带来全新的美学和照明概念。

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隐形技术：全息传感器和显示器会征服玻璃市场吗？

未来愿景：“多功能智能玻璃”

蔡司谈到全息术的“古腾堡时刻”。虽然今天的全息图通常仅限于特殊应用，但多功能玻璃市场可能会出现，其中不仅集成了能源发电，还集成了其他智能功能。该公司已经在 CES 上展示了隐形相机或传感器可以安装在同一块玻璃面板上。车辆中的驾驶员辅助系统可以变得更加不显眼，或者建筑物中的安全摄像头可以变得几乎不可见。

另一个亮点：全息显示。蔡司在一份声明中表示：“我们可以在挡风玻璃上实现增强现实显示，而无需占用额外的安装空间。”这意味着汽车可以配备挡风玻璃，将驾驶信息直接投射到驾驶员的视野中。该功能还可以用于其他运输工具或机器，并且无需目前占用大量空间的笨重投影设备。

室内智能照明的想法也很有趣。为什么不利用白天收集的光线在晚上营造类似日光的氛围？借助特殊的全息元素，光线可以看似不知从何而来照亮房间，而无需安装任何可见灯。这些概念仍然是愿景，但这项技术的潜力已经很清楚了。

可持续性和生态视角

开发新太阳能技术的最大驱动力之一是迫切需要替代化石燃料并减少全球二氧化碳排放。如果能够大规模利用玻璃表面获取能源，蔡司太阳能窗可以在此做出重要贡献。现代城市的特点是巨大的窗户表面，到目前为止，这些窗户只能让光线进入室内或服务于建筑的美观。如果这些窗户也能发电，那么可再生能源在整体能源结构中的份额就会增加。

另一个环境效益是通过重定向红外光来减少建筑物冷却，从而减少空调所需的能量。在世界许多地区，冷却建筑物变得越来越重要，特别是在气候变化和全球平均气温上升的时期。蔡司太阳能窗可以显着缓解这一问题。

当然，最终的生态平衡还取决于制造过程。微光学、全息术和太阳能电池的生产消耗资源和能源。然而，像蔡司这样的公司正在努力使这些流程变得更加高效和可持续。从长远来看，通过集成能源发电来延长玻璃幕墙的使用寿命可能会导致初始制造成本和生态足迹被摊销。

融入智能建筑

智能建筑是建筑和建筑技术中不断发展的领域。传感器、执行器和智能系统用于自动控制能源需求、空调、照明和安全。蔡司太阳能窗完美契合这些发展。一方面，它提供能量，另一方面，集成的传感器和摄像头可以承担额外的功能：测量光的入射角、分析热量供应、照亮内部，甚至在光线充足时控制自动遮阳。阳光变得太强烈。

结合建筑管理技术，可以动态优化各个窗户。如果您进一步思考未来，您可以想象窗户实时检测外部照明条件，并且仅在需要时才允许太阳能进入。同时，多余的光可以用来给电池充电或运行微电网中的其他系统，使建筑物几乎自给自足。

与其他技术可能产生的协同效应

蔡司太阳能窗并不是可再生能源创新领域中唯一的产品。越来越多的初创企业和老牌公司正在研究透明光伏解决方案、有机光伏或其他形式的发电玻璃表面。尽管蔡司系统由于其微光学和全息方向而拥有自己独特的方法，但与其他开发的协同作用仍然是可以想象的。

例如，窗户集成太阳能电池可以与热回收系统相结合。如果冬季的入射光转化为热量，则可以有针对性地存储这种能量。智能建筑可以使用传感器来决定何时吸收或释放热量。将车辆、建筑物和基础设施与此类窗户联网也是可以想象的：电动汽车可以直接停在窗户前，通过无线或插件供电。

隐形摄像机和安全应用

凭借其多功能智能玻璃技术，蔡司还强调了将摄像头和传感器无形地集成到玻璃板中的可能性。这可以用于许多领域：公共建筑中的监控摄像头、机场或火车站的安全解决方案，甚至车辆中的驾驶员辅助系统。 “如果你看不到摄像头，设计会更加和谐，功能也会得到扩展，”蔡司说。

与此同时，隐形相机在数据保护和隐私领域提出了新的问题。如果公司或当局以看不见的方式在窗玻璃上安装摄像头，就会出现是否有足够的标签和法律框架的问题。因此，关于智能技术与日常环境的融合应该达到何种程度，不仅存在技术方面的讨论，还存在社会和伦理方面的讨论。

用于增强现实的全息显示

蔡司太阳能窗的一个特别具有未来感的方面是能够在玻璃上创建全息显示。想象一下，你向窗外看去，就像在科幻电影中一样，信息被显示出来：天气预报、温度、时间，也许还有一层增强现实，将建筑物轮廓或街道信息投射到你的视野中。

不仅私人家庭，工商业也能从中受益。在生产设施中，玻璃面板可用于显示工作指令或实时数据，而无需额外的显示器或平板电脑。平视显示器的话题在汽车行业已经众所周知，但传统系统很快就达到了空间和集成选项的限制。挡风玻璃上的全息显示不需要可见投影仪，这对制造商来说非常有吸引力。

维护和寿命

这种创新的维护和寿命是实际应用的关键因素。传统的玻璃表面可以定期清洁，而不影响内部。然而，蔡司太阳能窗将智能薄膜集成到玻璃封装中，因此理想情况下可以永久保护其免受环境影响。然而，多年来，温度变化和紫外线辐射可能会留下痕迹。

窗框中的集成太阳能电池还需要能够承受潮湿和强烈温度波动的设计。在这里，制造商必须确保电池多年保持功能。蔡司可能会提供保证或认证，以增强人们对该技术的信心。最终，经济可行性在很大程度上取决于系统能够在不显着效率损失的情况下供电多长时间。

组装和改装

在新的建筑项目中，集成蔡司太阳能窗应该相对容易，因为在规划阶段就已经考虑到了窗户。然而，对于现有建筑物，就会出现改造问题。从理论上讲，已经拥有较大窗户面积的建筑物可以配备新窗户。然而，这意味着大量的改造工作，因此必须仔细考虑改造的经济可行性。

尽管如此，可能会有一些有吸引力的试点项目，例如在翻新大型办公大楼时，无论如何都必须更换窗户。在这种情况下，可以直接安装蔡司太阳能窗代替旧窗户，使建筑物在翻新并接受最现代技术后部分能源自给自足。然而，对于只想更换几扇窗户的个人房主来说，可实现的能源产量是否值得价格仍有待检查。

与经典太阳能组件竞争？

出现的问题是蔡司太阳能窗是否可以与传统太阳能组件竞争，甚至可以取代它们。实际上，这将更多地是一个补充。屋顶上的经典光伏组件仍然以相对较低的成本提供高效率。另一方面，窗户主要用于可视性，并且必须满足其他要求。然而，蔡司太阳能窗可以开辟额外的能源，特别是在屋顶空间有限或已经有大玻璃表面的地方。

此外，在城市地区，高层建筑的屋顶很快就达到了其容量极限，使用外墙也很有意义。屋顶光伏系统和太阳能窗的结合可以最大限度地利用太阳能，甚至可以确保建筑物的能源自给自足——特别是如果存储技术得到进一步扩展。

潜在市场和全球视野

全球建筑和能源技术市场巨大。特别是在太阳辐射水平较高的地区，例如亚洲、非洲或南美洲的部分地区，对用于发电的窗户解决方案的需求可能非常高。同时，对冷却的需求很高，蔡司太阳窗可以通过重定向红外光来减少冷却需求。

即使在可持续性和能源效率有严格法律要求的欧洲，建筑师和建筑商也一直在寻找创新的解决方案来建造气候友好型建筑。能源效率标准不断提高，特别是在新建筑中，这使得现代太阳能技术的集成成为现实。这意味着像蔡司这样的公司在全球范围内营销他们的系统有巨大的潜力，只要它在透明度、效率和美观方面真正实现了承诺的特性。

市场启动挑战

即使蔡司太阳能窗看起来很有希望，当然也有需要克服的挑战。除了前面提到的产能和成本问题外，还必须准确传达客户利益。许多潜在买家最初对新技术持怀疑态度。您希望查看有关效率、寿命、维护和投资回收期的具体数据。

还需要从架构和监管的角度确保技术的安全。新型立面元素并非在所有国家都得到允许。必须遵守有关防火、静电和建筑隔热的建筑标准和法规。太阳能窗接线的电气法规也不应被低估。因此，蔡司必须与标准和审批机构密切合作，以将该技术快速推向市场。

愿景：建筑物成为未来的发电厂

在一个日益从中央发电厂模式转向分散能源网络的世界中，将建筑物转变为小型发电厂的技术具有巨大潜力。蔡司正通过其太阳能窗朝这个方向迈出一步。如果高层建筑的每个窗户都能发电，并且这些电力被分配或存储在智能微电网中，那么您就更接近分散式能源供应的想法。

同时，通过本地生产与消费挂钩，减轻电网负担。办公楼可以部分满足其自身的照明、空调或计算机系统的电力需求。与屋顶太阳能电池、地热能或城市地区风力涡轮机等其他可再生能源一起，形成有助于推动能源转型的组合。蔡司太阳能窗是解决这一问题的重要一环。

创新驱动者蔡司及合作机会

蔡司是一家世界著名的公司，最初主要通过高质量的光学系统而闻名。除了相机镜头和显微镜之外，蔡司长期以来一直覆盖广泛的高科技应用领域。太阳能窗的开发展示了该公司如何利用其在光学、微光学和材料科学方面的专业知识来开辟全新的市场。

从合作伙伴的角度来看，蔡司与领先的玻璃制造商、建筑事务所、房地产开发商和能源行业密切合作是有道理的。通过这种方式，可以实施试点项目来展示该技术的实际应用。研究机构或大学也可能对此类合作感兴趣，以研究对建筑生态或城市能源平衡的影响。

超越“古腾堡时刻”。

蔡司本身使用“古腾堡矩”一词来说明其全息技术的潜力。约翰内斯·古腾堡彻底改变了书籍印刷并确保了知识的快速传播。同样，稳定、经济高效且可大规模生产的玻璃全息技术的出现应该会促进广泛领域的创新。未来我们将在哪些行业和应用中找到全息系统，这将是一件很有趣的事情：从太阳能和车辆技术到娱乐、教育和医学。

我们面临的挑战是如何在满足市场预期的同时持续建立这种技术领先地位。如果蔡司能够降低生产成本并证明系统的可靠性，那么太阳能窗实际上可能会得到普及。这需要多长时间取决于研发进展，也取决于市场需求、政治条件和原材料供应等外部因素。

通向可持续未来的窗口

“蔡司太阳能窗：窗户作为一种能源，而且是隐形的——它的工作方式与你想象的完全不同。这句口号抓住了这个想法的核心：窗户不仅可以让光线通过，还可以引导我们走向未来。”更可持续的未来。全息术、微光学和高度专业化的太阳能电池的结合保证了一种优雅、高效和环保的技术。同时，它打开了一个新世界的大门，在这个世界中，玻璃不再只是一个被动部件，而是在能源产生、气候控制和信息显示方面发挥着积极的作用。

时间会告诉我们蔡司太阳能窗是否会在更广泛的市场上流行起来。有很多迹象表明，建筑物正日益成为“智能环境”，集成传感器和可再生能源技术在其中自然发挥着作用。如果该技术能够经济高效且坚固耐用地制造，那么发电外墙的梦想就可以实现。不仅如此，隐形传感器、全息显示和智能照明等其他可想象的应用也赋予了“多功能智能玻璃”特殊的吸引力。

在一个对能源日益渴求和努力寻求气候友好型解决方案的世界中，任何将美学和功能和谐地结合在一起的创新都可以成为一个里程碑。蔡司太阳能窗似乎正在成为这样一个里程碑。它为建筑、设计和可持续能源生产开辟了新的视角。它给了我们希望，有一天，我们生活在的城市里，即使是最不起眼的窗户也能帮助我们在通往低碳社会的道路上更进一步。

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