光电幕墙发展趋势

【摘 要】借助近年来飞速发展的太阳能光伏产业，光电幕墙成为未来幕墙产业发展的主流趋势。越来越多的建筑开始使用光电幕墙系统。

【关键词】光电幕墙原理；光电幕墙设计

光电幕墙技术是一种集发电、隔音、隔热、装饰等功能于一身的新型建筑幕墙，充分体现了建筑智能化的特点。它大大减轻了环境的负担，同时也满足建筑的物理需求，比如阻燃、保暖、隔热等。光电幕墙装了光电模板后，可节省传统的建筑材料，比如，光电模板可代替抛光的自然建材，并且光电幕墙的生产、使用直至报废都可以实现对环境的无污染。光电板成分中没有有毒物质，不会在建筑物起火时出现任何诸如释放有毒气体等危险。重要的是光电幕墙在具有普通幕墙功能的同时，还可以把光能转换成电能，这种能源生产型幕墙是幕墙技术发展的最新代表。

新型的的光电幕墙借助近年来飞速发展的太阳能光伏产业，使建筑光伏一体化成为未来幕墙产业发展的主流趋势。这种新兴的技术，将光电技术与幕墙系统技术科学地结合在一起。光电幕墙除了具有普通幕墙的性能外，最大的特点是具有将光能转化为电能的功能。与普通能源相比，光电幕墙是将太阳能转化为电能，光电池在发电过程中，不会排放二氧化碳及二氧化硫等会产生温室效应的有害气体，对环境没有产生污染，也不会产生噪音，所以光电幕墙能源是一种洁净的能源。这也符合国家节能减排的战略发展目标。

光电幕墙工作原理

[1]要想做好光电幕墙的设计首先需要先了解光电幕墙的工作原理，光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在光的照射下，某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流，即光生电 。光电幕墙就是应用太阳能电池的这个物理原理而产生的。具体到设计光电幕墙需要考虑电池、模板、导线和变压器各个因素，各电池组成模板，各模板组成小分格，并通过导线连接，所有导线又组成一个PV变压器。一个PV变压器是一个封闭的幕墙部分，每套光电设备可由一个或多个变压器组成。每套光电设备都先产生直流电，再由直流电转变成交流电，并由电压网传输，逆整流器再将230/400伏的电压转变成频率通常为50赫兹的交流电就可以直接并入正常的电网使用。

晶体电池通过导线相互连通，并被接在大表面的模板上，这些电池被嵌入坚硬的树脂玻璃中，导线可接在模板背面或玻璃边缘。作为模板一个组成部分的非晶体是一个完整的平面，相互连通，被嵌入两块玻璃和透明度高的树脂中。所有模板都可作为幕墙的建筑材料使用，这些模板极为坚固，电绝缘性好，符合二级安全标准。采取这些措施后，即使发生失误，在可触摸部位也不会出现危险的电压。光电模板具备抵御外界环境侵扰的能力，或在臭氧，或在酸雨，或在零下50至90℃的环境中，光电模板仍可使用几十年，而且是极为美观的造型材料。

光电幕墙优点：

它不需燃料，不产生废气，无余热，无废渣，无噪音污染，可用来发电。由于能发电，可少交电费，在国外还可将多余的电卖给电业局。由此可见，光电幕墙本身就是效益。光电幕墙加装光电模板后，可节省传统的建筑材料，比如光电模板可代替抛光的自然建材。光电幕墙也大大减轻了环境的负担，因为它保护自然资源免受损失。

在传统的发电厂内，最常见的是用化石类燃料发电，而用光电模板发电100千瓦时，可省油26升或省煤50千克，这也意味着少排放57千克的二氧化碳、71克的二氧化硫和75克氮的氧化物。这些也是光电幕墙最值得推广的原因所在，因为人类所生存的环境越来越恶化，世界各国也越来越重视环保问题。

光电幕墙本身具有很强的装饰效果。玻璃中间采用各种光伏组件，色彩多样，使建筑具有丰富的艺术表现力。同时光电模板背面还可以衬以设计师喜欢的颜色，以适应不同的建筑风格。

光电幕墙缺点：

光电幕墙先不要说光伏电池的价格，只是外侧的高透光率的玻璃的价格就很昂贵。太阳能电池的价格现在也非常昂贵，而且转换效率很低，一般的都达不到20%，而且是阳光直射时的转换效率，阴天的时候就发挥不出作用，并且墙面每天日照时间一般不会很长，而且大部分时间都不是直射，这样一来，效率几乎达不到2%，所以目前还不能替代传统的化石燃料能源，因为收回投资成本可能需要上百年的时间，这也是光电幕墙不能大规模推广的原因。

但是随着太阳能光伏产业的不的不断发展，太阳能技术的不断进步，太阳能电池的价格在不断下降，同时太能电池的光电转化效率也在不断提高。特别是近年来国家加大了新能源产业的扶持力度，使得太阳能光伏产业得到了快速发展。

光电幕墙材料：

[2]目前太阳能光伏电池的几大种类：

（1）单晶硅光电电池：表面规则稳定，通常呈黑色，效率约14～17% ；

（2）多晶硅光电池：结构清晰，通常呈兰色，效率约12～14 % ；

（3）非硅晶光电电池：透明，不透明或半透明，透过12%的光时，颜色为灰色，效率为5～7%；

设计注意事项：

因为新技术新材料的加入所以光电幕墙在设计过程中与以往传统幕墙设计会有一些变化。光伏太阳能幕墙设计需要注意的一些问题必须考虑美观、耐用；必须保证基本的建筑功能；必须满足建筑设计规范；太阳能光伏发电系统：作为电力系统，必须安全、稳定、可靠；当地的气象因素是太阳能系统今后发挥效能的最重要影响因素；在我国南方地区，阵列倾角可比当地纬度增加 10°～15°；在北方地区，阵列倾角可比当地纬度增加 5°～ 10°。

由于工程所在地的气象条件不同，包括不同的基本风压、雪压；安装的位置不同，如屋面、立面、雨蓬等，都会使围护系统的受力结构不同。光电幕墙的走线可以在胶缝或型材腔内，也可以在明框幕墙的扣盖内，即可以走线于可以隐蔽的空隙内；光伏并网逆变系统（并网逆变器）和交、直流配电系统也是设计中要考虑的重要部分，因为光伏并网逆变系统需要在建筑中占有比较大的空间；光伏发电对于建筑的要求，主要是方位角和倾角的问题，比如城市中央，建筑物林立，很容易造成遮挡，这样会使发电量减少。温度对效率的影响：当温度升高时，光伏电池的发电效率将下降。不同的光伏电池，温度系数有些差别。非晶硅电池的温度 系数要比晶体硅电池小，即非晶硅电池受温度的影响比晶体硅电池小。在常见的光伏电池中，效率受温度影响情况如下单晶硅最大，多晶硅中等；非晶硅较小。基于建筑一体化设计，电池组件的选用原则在建筑光伏一体化设计中，对于建筑不同部位选用不同光伏电池的原则如下 ：（1）多晶薄膜、非晶硅薄膜电池在建筑一体化设计中比较有优势，宜采用与建筑屋面、墙面、玻璃幕墙相结合的多晶薄膜、非晶硅薄膜电池。（2）应按照地区，将太阳能电池板与屋面，东、南、西 向墙面相结合。（3）根据建筑要求确定合适的玻璃性能（如采光）及结构（如夹层、中空、异型）。（4）根据抗风等要求确定玻璃的强度要求（钢化、厚度）。3、光伏组件需要解决的问题组件的生产问题。在光伏组件的生产中，应根据电池的特性选用面板玻璃，考虑透光性能、厚度、强度、平整度等。在夹胶生产工艺方面，应选用专用的胶片，并在组件边缘采用专用密封胶进行密封。

所以如何更好的把太阳能发电系统与幕墙系统相结合解决好光电幕墙在设计当中的各项难题成为来幕墙发展的研究方向。未来光电幕墙在系统集成方面，新材料使用方面，以及实用性和可靠性上都会有长足的进步。光电幕墙的前景和市场也会在技术的不断进步下越发壮大下去。

参考文献：

[1]赵西安.建筑幕墙工程手册.中国建筑工业出版社，2002.

[2]杨德仁.太阳能电池材料. 化学工业出版社， 2007.