光伏嵌入玻璃幕墻的應(yīng)用

 光伏的使用(PV)不僅限于發(fā)電，其實(shí)對(duì)于節(jié)能策略也起著重要作用。特別是在日光控制方面，半透明光伏為幕墻應(yīng)用提供了廣泛的空間。晶體太陽能模塊的透明度取決于各電池之間的距離，電池彼此間靠得越近，面板總的光伏輸出就越高。另外，一個(gè)非常緊密的電池排列可削減進(jìn)入建筑物的日照量，反過來又可降低夏季因制冷／空調(diào)消耗的能量。但建筑師通常不考慮優(yōu)化光伏幕墻的效率，反而傾向于更高的用戶舒適度。

    在德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院進(jìn)行的一個(gè)研究項(xiàng)目過程中，科學(xué)家研究和比較了位于巴西北部福塔雷薩、巴西南部弗洛里亞諾波利斯和德國法蘭克福安裝有光伏幕墻的三棟建筑的能效。三棟建筑的所有幕墻都裝有內(nèi)嵌半透明晶體太陽能電池的窗戶。由于所有光伏窗只有30%的透明度，夏季因制冷需求減少，節(jié)能效果顯著。同時(shí)，更多的能量不得不被用于建筑物內(nèi)部的人工照明。“但我們已經(jīng)可以通過安裝照明控制系統(tǒng)來減少這種影響。”卡爾斯魯厄理工學(xué)院其中一位研究人員 Evelise Didoné 解釋。

    一種控制光伏建筑幕墻透明度的完全不同的方法是使用染料敏化太陽能電池(DSCs)。與普通的硅太陽能電池板不同，DSC的光敏層利用光敏染料把日光轉(zhuǎn)換成電能。事實(shí)上，用于DSC的有機(jī)光活性層非常薄，通過選擇不同顏色和厚度的材料可制造出不同透明度級(jí)別的太陽能板。意大利巴勒莫大學(xué)建筑系的Rossella Corrao 解釋說：“雖然與硅板20％的效率相比，DSC模塊的只有8％，但和相同功率的晶體板相比，他們實(shí)際每年可以產(chǎn)生高達(dá)15％以上的能量。原因就是DSC模塊在弱光條件下更有效。與硅系統(tǒng)的不同之處在于，DSC的效率不依賴于光的入射角度。因此，DSC模塊不一定要朝向太陽，即使安裝在垂直或水平的方向，也不會(huì)損失效率。 

    此外，配合玻璃幕墻使用DSC “可通過建筑外的太陽光源和建筑內(nèi)的人工光源獲得幕墻集成光伏組件的雙向應(yīng)用，從而顯著延長系統(tǒng)每天的運(yùn)行時(shí)間。” Corrao 接著說。

    Corrao在巴勒莫大學(xué)的最新研究包括開發(fā)提高建筑構(gòu)件光吸收特性的創(chuàng)新解決方案。她其中的一個(gè)研究項(xiàng)目是調(diào)查DSC集成玻璃塊能否把材料的熱阻(R值)降低到符合歐盟未來建筑法規(guī)的程度。Corrao的發(fā)現(xiàn)顯示：一個(gè)玻璃塊內(nèi)的腔體數(shù)量從一個(gè)增加到兩個(gè)或增加到更多的時(shí)候，可進(jìn)一步降低R值。另外，使用DSC在玻璃塊內(nèi)創(chuàng)建這些附加腔體絕對(duì)是一個(gè)選項(xiàng)。集成了DSC的玻璃塊不僅可以用于發(fā)電，還可以提供比普通標(biāo)準(zhǔn)玻璃塊更好的絕緣性能。 

    計(jì)算機(jī)模擬預(yù)測(cè), 在設(shè)計(jì)零能耗建筑時(shí)，顏色和透明度對(duì)DSC光伏效率的直接影響是一個(gè)重要的參考工具。來自芬蘭埃斯波市阿爾托大學(xué)的教授Janne Halme 正在就如何優(yōu)化DSC的可用性和發(fā)電進(jìn)行研究。在這方面，Halme 把重點(diǎn)放在了探索DSC集成到建筑設(shè)計(jì)中的新方法，而不是盡力優(yōu)化電池效率。光伏窗的透明度和幕墻美感的作用要?jiǎng)龠^效率。Halme: “DSC 效率得退居次席。”

    上述提到的三位科學(xué)家將于2012年12月6日-7日在意大利布列瑟農(nóng)舉行的題為聚焦太陽能建筑外觀的第七屆能源論壇上展示他們的研究成果。大會(huì)還將重點(diǎn)介紹 Dieter Moor (奧地利林茨Arconsol) 關(guān)于優(yōu)化半透明光伏窗性能和成本考慮的策略，和 Livio Nichilio (加拿大多倫多大學(xué)) 有關(guān)通過使用光伏和熱鏡玻璃集成幕墻來提高建筑物能效的策略。