太阳能光伏建筑物一体化

太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）研究进展华南理工大学建筑学院内容摘要：建筑界提出“21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）便成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。

太阳能作为一种洁净的可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性。中国的太阳能资源十分丰富，为各种太阳能利用系统提供了巨大的市常由此，建筑界提出“21世纪建筑”的一个概念即由建筑物自己产生能源，太阳能光伏建筑物一体化（BIPV）便成为21世纪建筑及光伏技术市场的热点。

随着2005年2月16号限制各国排放工业废气以控制全球气候变暖的《京都议定书》的正式生效，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般占到全国总能耗的1／3以上)，其

节能

效益则变得尤其重要。

1太阳电池原理

半导体根据导电机理的不同可分为P型半导体和N型半导体。当太阳光照射到半导体时，半导体中的电子被激发而移动，失去电子的地方就形成空穴。P型半导体和N型半导体结合在一起在半导体中形成“势垒”。由P型半导体产生的电子向N型层移动，由N型层中产生空穴向P型层移动。P型层中由于带有正电荷的空穴数目增多而带正电；N型层中由于带负电荷的电子数目增多而带负电。当达到稳定状态时，在半导体两端产生电压，称为太阳电池的开路电压。当用导

线连接半导体两端时，光电流在外部回路中流动，称为短路电流[2]。

最基本的太阳电池是由P—N结构构成的。图1为典型光电池的剖面图。

（光线的光子产生自由电子，顶部金属网格和底部金属板通过外电路收集和返还自由电子）

2光伏发电系统[1]

光伏发电系统统按其系统配置可分为独立式（stand—alone）连接电网式（grid—alone）2种。

当不可能或没必要与电网连接时，独立式光电系统（stand—alonesystems）较适用（图2）。这种系统白天产生的多余电能储存在电池组中，以备夜间及昏暗多云天使用。

（一个独立式系统需要电池储存电力以供夜间使用，还需要一个将直流电变成交流电的反用换流器）

当有电网时，就不需电池组储能了。因为电网已经充当了一个大的蓄电池的作用。连接电网式如图3所示。当太阳能电池板供电不足时，由电网向用户供电，相反的，若太阳能电池板供电大于用户需求，剩余的电可通过直交流逆变换器输送到电网。只需在连接电网时安装一块双向计量电度表即可解决电力收费的问题。这种系统特别适合于已有电网供电的用户，不仅可省去蓄电他的设置，减少初投资和运行维护费用，而旦有利于削减因采用空调设备而造成的夏季白天用电高峰的问题。

（玻璃幕墙等），减少建筑物的整体造价，且使建筑外观更有魅力；如果建筑有凸窗棂，必须保证窗棂较薄，使光电板不至于产生太多阴影。在保持玻璃幕墙的外观整洁方面，德国RWE的非晶太阳能玻璃幕墙做得非常优秀，为了防止电池片之间的连线有碍观瞻，他们的专利技术专门解决了电池片之间的“无线”连接[4]。

如果光电设备安装在屋顶，则最好在设备下部留下一定量的空气层以供设备降温，同时冬天可以收集热空气采暖。具体结构如图4所示。

双层墙可使空气在夏季流溢出来以给光电设备及建筑降温。冬天可用热空气加热建筑北部

3）玻璃窗与光电设备

这里介绍两种典型的玻璃窗系统。一种是半透明的更像浅色玻璃窗；另一种是由透明玻璃窗上安装不透明光电元件，这些元件的排列间距决定了玻璃窗的透光率，就像我们在玻璃窗上涂上井字网一样。

太阳电池可以和不同的玻璃结合制成各种特殊的玻璃幕墙和天窗，如：隔热玻璃组件、防紫外线玻璃组件、防盗或防弹玻璃组件、防火组件等等。

目前有一种仅用红外辐射发电的光电玻璃窗正在研制中。这样，既可以发电又可降低昼光温度，相信正是多数向南的办公大楼所需要的。

4）光电设备与遮阳设备

光电系统即可整体组合于入口雨篷中，也可组合与一些独立式遮阳结构中。就目前而言，虽然巴光电板用于露天停车场遮阳上的费用较高，但遮阳结构与光电发电器相结合终究物有所值。随着电力汽车的数量增加，这些结构最终会成为理想的充电站。

3.3BIPV对太阳电池的特殊要求[10]

1）颜色方面

当太阳电池作为南立面的幕墙或天窗时，考虑到电池板的反光而造成光污染的现象，就会对太阳电池的颜色和反光性提出要求，即可采用具有不均匀反光的多晶硅太阳电池组件做幕墙或是安装在人们视角之内的大坡度屋顶。对于晶体硅电池则可以用腐蚀绒面的办法将其表面变成黑色或在蒸镀减反射膜的时候加入一些微量原色来改变太阳电池表面的颜色。

2）透光要求

当太阳电池用作天窗、遮阳板和幕墙时，对于它的透光性有一定要求。一般选用非晶硅太阳电池，因为它可制作成茶色玻璃一般的效果，透光好而且投影十分均匀柔和。而对于本身不透光的晶体硅太阳电池，需要透光时只能将组件用双层玻璃封装，通过调整电池片之间的空隙来调整透光量。

2）尺寸和形状的要求

因为考虑到与建筑的结合，一般正规的方形很难满足特殊造型的需求。这方面还有待制作工艺的进一步提高。

4BIPV在国外

太阳光发电是21世纪科学技术的前沿阵地，世界各地的政府都支持太阳光发电事业。欧盟可再生能源白皮书和“起飞运动”是欧洲太阳光发电的里程碑；德国政府的“十万个光伏屋顶计划”和德国新的“可再生能源法”保证私人的太阳光发电系统用不完的电，可以上电力网卖给国家电力公司；美国政府的“克林顿总统百万太阳光发电屋顶计划”即在2001年前将要为100万个美国家庭的每一户安装3~5KW太阳光发电屋顶；日本政府在“阳光规划”执行后，2000年又推出《新阳光规划》，对光伏屋顶系统实行强有力的补贴政策，使居民光伏屋顶系统最近5年平均年增产率为96.7%，成为目前世界光伏发电的最大市场[8]。

有人作过乐观估计，在今后太阳能发电随着技术的不断改进将更加迅猛的发展，到010年发电量将达到4.6GWp，累计容量将达到20GWp。到21世纪中也，阳光发电量将占世界总发电量的15%~20%，超过核能，成为人类的基本能源之一。

5BIPV在中国

虽然目前还没有并网发电的法律依据，以及技术标准，也没有鼓励补贴措施，然而，许多公司正在积极建设城市并网发电示范工程。悉尼奥运会是迄今为止最“绿”的一届奥运会。中国的奥运会和世博会，将肯定更“绿”。就在去年12月份召开的2004上海市金属学会年会上，太阳能电池专家殷秒廷透露，为配合世博会的召开和应对能源的紧缺，上海正在筹备一项名为“十万屋顶计划”的工程即在上海十万户家庭的房顶上安装太阳能发电装置