光伏嵌入玻璃幕墻的應用

 光伏的使用(PV)不僅限于發(fā)電，其實(shí)對于節能策略也起著(zhù)重要作用。特別是在日光控制方面，半透明光伏為幕墻應用提供了廣泛的空間。晶體太陽(yáng)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(guò)來(lái)又可降低夏季因制冷／空調消耗的能量。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(hù)舒適度。

    在德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院進(jìn)行的一個(gè)研究項目過(guò)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嵌半透明晶體太陽(yáng)能電池的窗戶(hù)。由于所有光伏窗只有30%的透明度，夏季因制冷需求減少，節能效果顯著(zhù)。同時(shí)，更多的能量不得不被用于建筑物內部的人工照明。“但我們已經(jīng)可以通過(guò)安裝照明控制系統來(lái)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(yáng)能電池(DSCs)。與普通的硅太陽(yáng)能電池板不同，DSC的光敏層利用光敏染料把日光轉換成電能。事實(shí)上，用于DSC的有機光活性層非常薄，通過(guò)選擇不同顏色和厚度的材料可制造出不同透明度級別的太陽(yáng)能板。意大利巴勒莫大學(xué)建筑系的Rossella Corrao 解釋說(shuō)：“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。與硅系統的不同之處在于，DSC的效率不依賴(lài)于光的入射角度。因此，DSC模塊不一定要朝向太陽(yáng)，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(guò)建筑外的太陽(yáng)光源和建筑內的人工光源獲得幕墻集成光伏組件的雙向應用，從而顯著(zhù)延長(cháng)系統每天的運行時(shí)間。” Corrao 接著(zhù)說(shuō)。

    Corrao在巴勒莫大學(xué)的最新研究包括開(kāi)發(fā)提高建筑構件光吸收特性的創(chuàng )新解決方案。她其中的一個(gè)研究項目是調查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(lái)建筑法規的程度。Corrao的發(fā)現顯示：一個(gè)玻璃塊內的腔體數量從一個(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在玻璃塊內創(chuàng )建這些附加腔體絕對是一個(gè)選項。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準玻璃塊更好的絕緣性能。 

    計算機模擬預測, 在設計零能耗建筑時(shí)，顏色和透明度對DSC光伏效率的直接影響是一個(gè)重要的參考工具。來(lái)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集成到建筑設計中的新方法，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勝過(guò)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舉行的題為聚焦太陽(yáng)能建筑外觀(guān)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(guò)使用光伏和熱鏡玻璃集成幕墻來(lái)提高建筑物能效的策略。