建筑工程中太陽(yáng)能電池的應(yīng)用問(wèn)題

能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)、改善人民生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前我國(guó)能源形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻，能源生產(chǎn)嚴(yán)重滯后于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求也逐漸增多，但是傳統(tǒng)能源已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需要，必須要開(kāi)發(fā)新能源。太陽(yáng)能就是其中之一。 　　本文首先論述了太陽(yáng)能光伏電池的主要類型及特點(diǎn)，對(duì)比不同類型的太陽(yáng)能光伏電池在建筑上的應(yīng)用情況，然后分析和總結(jié)了非晶硅電池在中空玻璃幕墻中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。本文是個(gè)人的一些觀點(diǎn)，可供參考與借鑒。 　　前言 　　隨著世界環(huán)境的惡化，越來(lái)越多的工程都在提倡環(huán)保節(jié)能，近年來(lái)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電已在建筑工程中得到廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)正迅速發(fā)展，加之國(guó)家出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)采用光伏技術(shù)和產(chǎn)品的政策，建筑幕墻行業(yè)在工程中采用光伏技術(shù)和產(chǎn)品的積極性不斷提高，光伏技術(shù)在建筑中的應(yīng)用必將前景廣闊。 　　建筑物是高能耗的代名詞，占全部能耗領(lǐng)域1/3以上，如何降低建筑物能耗成為節(jié)能減排和可再生能源利用的重要課題，太陽(yáng)能電池片在建筑立面上的應(yīng)用有效地將二者結(jié)合在一起。 　　建筑幕墻是建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，是建筑室內(nèi)與室外的屏障，其保溫性能的好壞，是整個(gè)建筑物節(jié)能與否的關(guān)鍵；建筑幕墻完全暴露于自然界中，充分接受著太陽(yáng)光的熱輻射，如何利用大面積的建筑幕墻吸收太陽(yáng)能發(fā)電，是可再生能源在建筑上利用的重要課題之一，同時(shí)，中國(guó)的建筑幕墻由20世紀(jì)90年代年產(chǎn)量500萬(wàn)平方米～600萬(wàn)平方米，迅速增長(zhǎng)到現(xiàn)在5000萬(wàn)平方米～6000萬(wàn)平方米，而且目前還在以10%～20%速度增長(zhǎng)，如果我國(guó)能夠在這個(gè)數(shù)量基礎(chǔ)上推廣使用10%左右光電幕墻，全國(guó)每年大約將有500萬(wàn)平方米～600萬(wàn)平方米光電幕墻產(chǎn)生，年產(chǎn)電能約50億千瓦時(shí)～70億千瓦時(shí)。 　　相當(dāng)于5座～10座中型火力發(fā)電站，可以減排co2約30萬(wàn)噸，按此推算，如果國(guó)家按十一五計(jì)劃發(fā)展太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)，它將在我國(guó)的綠色、環(huán)保、節(jié)能方面產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益。在建筑幕墻上推廣太陽(yáng)能發(fā)電不但充分利用了建筑的豎向空間，而且不需要占用額外的建筑面積，節(jié)約了昂貴的土地資源。 　　一、太陽(yáng)能光伏組件的類型分析與研究 　　1、太陽(yáng)能光伏電池的分類。光伏組件是太陽(yáng)能電池片經(jīng)過(guò)加工后的產(chǎn)品，太陽(yáng)能電池按基本材料分為：晶體硅太陽(yáng)能電池，非晶硅太陽(yáng)能電池，微晶硅太陽(yáng)能電池，硒光電池，化合物太陽(yáng)能電池，有機(jī)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池等。 　　目前在建筑物中使用的主要是晶體硅太陽(yáng)能電池和非晶硅太陽(yáng)能電池，晶體硅電池又分為單晶硅和多晶硅電池，非晶硅電池又分為單結(jié)、雙結(jié)和多結(jié)電池。性能方面晶體硅電池電能轉(zhuǎn)換率可達(dá)12%～17%，但品種和顏色單一，可加工性差，弱光下不能發(fā)電，低緯度地區(qū)不適宜選擇；非晶硅電池轉(zhuǎn)換率較差，只有7%～10%，但可加工性好，對(duì)弱光和散射光適應(yīng)度高，適宜在低緯度地區(qū)和陰濕天氣較多地區(qū)選用。 　　2、非晶硅的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)美國(guó)的uni-solarsystemllc，energyphotovoltaiccorp、日本的kanektcorp、荷能源研究所等權(quán)威機(jī)構(gòu)證實(shí)，同樣功率的晶體硅和非晶硅太陽(yáng)能電池陣列，非晶硅太陽(yáng)電池比主要硅電池發(fā)電量多約10%，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 　　①更強(qiáng)的弱光響應(yīng)：非晶硅電池在低光照射條件下，如陽(yáng)光不太強(qiáng)的早晨、傍晚、陰天以及臨近建筑物遮擋，也能有穩(wěn)定電力輸出。 　?、诟鼉?yōu)異的高溫性能：當(dāng)電池的工作溫度升高時(shí)，兩種電池都會(huì)出現(xiàn)pm下降的情況，但下降幅度是不同的。它們都可以用下面公式進(jìn)行計(jì)算：pmeffec.=pm×[1+a（t-25℃）]其中：pmeffec.——為電池組件在t溫度工作時(shí)（am1.5，1000w/m2）的最大輸出功率；pm——為電池組件在25℃，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件下（am1.5，1000w/m2）的最大輸出功率；a——為電池組件的功率溫度系數(shù)（非晶硅太陽(yáng)電池最佳輸出功率pm的溫度系數(shù)約為-0.19%，單晶硅、多晶硅電池最佳輸出功率pm的溫度系數(shù)約為-0.5%）。舉例說(shuō)明：如果兩種電池的pm都是1000瓦，都在60℃的溫度下工作，這時(shí)晶硅電池的pm降到825瓦，非晶硅電池的pm降到933.5瓦。非晶硅電池多發(fā)電108.5瓦，相當(dāng)于多發(fā)電13.2%。 　?、鄹训囊曈X(jué)效果：非晶硅電池顏色均勻，投影柔和。由于晶體硅電池板成塊狀且不透光，嚴(yán)重影響室內(nèi)的采光和室外的立面效果，因此目前多應(yīng)用于屋頂，難以在建筑物外立面上推廣。通過(guò)對(duì)比可以看出非晶硅電池板有視覺(jué)效果上的明顯優(yōu)勢(shì)。 　　④更小的遮擋功率損失：太陽(yáng)能電池與建筑的結(jié)合，不可避免的會(huì)受到些遮擋。遮擋對(duì)于晶體硅太陽(yáng)能電池發(fā)電量影響很大，對(duì)于非晶硅的影響會(huì)小得多。一塊晶體硅太陽(yáng)能電池組件被遮擋了1/10的面積，功率損失將達(dá)到50%；而非晶硅受到同樣的遮擋，功率損失只有10%。因此，如果太陽(yáng)能電池不可避免的會(huì)被遮擋，應(yīng)當(dāng)盡量選用非晶硅電池。 　?、莞捎^的經(jīng)濟(jì)效益：非晶硅組件的厚度為3微米，輕便和節(jié)省，適合未來(lái)建筑一體化發(fā)展的需要；晶體硅電池的厚度為300微米，制作加工成幕墻組件比較困難，不易封裝，成品率低。非晶硅太陽(yáng)能電池原料豐富，使用量少，價(jià)格只有晶體硅一半左右。 　　二、太陽(yáng)能光伏組件在建筑上的應(yīng)用問(wèn)題分析與研究 　　太陽(yáng)能光伏組件按太陽(yáng)能電池的類型可分為晶體硅太陽(yáng)能光伏組件和非晶硅太陽(yáng)能光伏組件。 　　1、晶體硅太陽(yáng)能光伏組件主要應(yīng)用在建筑屋頂和不需要采光的外墻面。晶體硅在光澤度，顏色及質(zhì)感上有著視覺(jué)效果上的明顯缺陷。同時(shí)，由于晶體硅電池片不透光，顏色單一，為了采光需要將電池片呈方陣排列，讓電池片之間留一定間隙，然而效果就如同立面上打了很多小補(bǔ)丁，嚴(yán)重影響建筑立面的視覺(jué)效果。但當(dāng)晶體硅光伏組件應(yīng)用于建筑屋頂及采光頂時(shí)，就能發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于太陽(yáng)運(yùn)行軌跡及太陽(yáng)入射角的變化，建筑的屋頂便于更大范圍的接受日照，提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率。而晶體硅光伏組件在采光頂?shù)膽?yīng)用，則是在遮陽(yáng)與采光的功能中取得了一種平衡。 　　2、非晶硅電池片具有可多樣性加工的優(yōu)點(diǎn)。即可通過(guò)激光加工成點(diǎn)狀、布紋狀等，還可根據(jù)透光率高低，來(lái)確定點(diǎn)狀密度、布紋狀疏稀度。另外非晶硅電池片具有可切片的特性，可將非晶硅電池片裁成一條條窄片，通過(guò)加工嵌入中空玻璃內(nèi)腔中，形成百葉窗狀，還可將百葉角度調(diào)整以適應(yīng)不同緯度地區(qū)的太陽(yáng)入射角，從而提高太陽(yáng)能電池片的轉(zhuǎn)換率。 　　中空玻璃本身具有保溫節(jié)能作用，而搭載了非晶硅電池片的百葉片即能吸收太陽(yáng)光直射而產(chǎn)生的大量輻射熱，進(jìn)一步擴(kuò)大節(jié)能效果，又不影響室內(nèi)采光以及建筑外立面裝飾效果。通過(guò)對(duì)比兩種不同類型電池片組件視覺(jué)效果，我們不難得出硅晶體電池片的光電幕墻很難在建筑立面推廣以及bipv（光伏與建筑一體化）工程很難在建筑幕墻大面積應(yīng)用的原因。內(nèi)置百葉式太陽(yáng)能電池片中空玻璃的出現(xiàn)為太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑幕墻一體化工程大面積應(yīng)用提供了一種行之有效的方法。 　　三、結(jié)語(yǔ) 　　隨著太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷成熟及商業(yè)化市場(chǎng)增長(zhǎng)，促使光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)成本的不斷降低，太陽(yáng)能光伏發(fā)電與建筑一體化工程前景將十分廣闊。不同類型的太陽(yáng)能建筑光伏組件在建筑物上的發(fā)展各具優(yōu)勢(shì)。如何既能達(dá)到功率最大化，又能滿足建筑外形美觀和功能實(shí)用要求，是建筑師及技術(shù)研發(fā)人員共同追逐的目標(biāo)。