光电幕墙技术及应用

光电幕墙技术及应用

摘要：随着科学技术的发展，光电幕墙被越来越广泛的应用在建筑工程中。光电幕墙是一种全新的建筑幕墙形式，它通过光电池技术的作用，完成太阳能向电能的转变，整个系统的工作是利用太阳能光电池技术来完成的。光电幕墙集太阳能光电技术和幕墙技术于一体，能够极大的显示出环保节能的效果。现在国家对于太阳能技术的发展给予了大力的支持，光电幕墙技术步入了一个快速发展的阶段。本文对光电幕墙技术作了介绍，可供关注光电幕墙技术的人们作参考。

关键词：太阳能光电池；建筑幕墙；净能源建筑智能化

中图分类号：p754.1 文献标识码：a 文章编号：1671-3362（2013）05-0067-02

1 光电幕墙发展及技术概况

在1991年慕尼黑最大的建筑行业展览会上，德国的旭格公司首先展出了光电幕墙，这是将光能应用于建筑装饰业的开始，引起了专业人士的关注。

随着常规发电成本的上升和人们对环境保护的日益重视，一些国家纷纷实施、推广太阳能屋顶计划，并提出了“建筑物产生能源”的新概念，由此推动了光电技术的大规模开发与应用。光电玻璃幕墙技术可广泛用于建筑物的遮阳系统、建筑物幕墙、光伏屋顶、光伏门窗等光伏发电。也可用于边远山区居民、交通、通信、气象、军事等部门，如电视转播站、卫星地面站、微波中继站、公路及铁

路信号灯、农用光伏系统、航标灯、灯塔等。专家们预言，这种采用光—电建筑一体化组件的光电玻璃幕墙将成为21世纪的并网太阳能发电系统最为走俏的工程。在国际上，太阳能电池在建筑物上使用与制造光电玻璃幕墙相结合的发展尤为迅速，其市场发展前景十分看好。

2 光电幕墙的概念

光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙，它集合了太阳能光电技术与幕墙技术，是一种新型的功能性建筑幕墙。这种新型的功能性建筑幕墙，集合了太阳能光电技术与幕墙技术，可以充分发挥环保节能的巨大功效。光电幕墙采用光电池技术，把以前被当作有害的因素而屏蔽掉的太阳光，转化为能被人们利用的电能，它的核心技术是太阳能光电池技术。这种电能还是一种净能源，发电过程不消耗燃料，无噪声污染，在最大程度上体现了目前工业产品环保、节能的发展趋势，充分体现了建筑智能化的特点。

光电幕墙光伏系统包括作为光电幕墙面板的光电板（即太阳能光伏电池）、太阳能控制器、蓄电池组、逆变器、负载等。其工作过程是：光电幕墙在太阳照射下，由光电板产生直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的控制下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储存起来，使用时，蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络或直接驱动负载。

3 光电幕墙工作原理

光电幕墙在太阳照射下，由光电板产生直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的控制下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储存起来，使用时蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络或直接驱动负载。

光电幕墙的关键是光电池技术，现在工业化生产的太阳能电池主要是硅系列，一般选择单晶硅，多晶硅以及非晶硅这几种材料来复合加工。在这三种材料当中，单晶硅在光电转换方面的功能最为强大，多晶硅第二，而非晶硅则是三者中相对最弱的。

单晶硅太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求高（99.999%），成本高，光电转换效率最高，可达15%～20%；多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，其光电转换效率约12%，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术的提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右；非晶硅太阳能电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人，目前非晶硅太阳能电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。估计效率衰降问题克服后，非晶硅太阳能电池将促进太阳能利用的大发展，因为它成本低，重量轻，应用更为方便，它可以与房屋的屋面结合构成住户的

独立电源。

4 光电幕墙系统设计

光电幕墙是能够利用光伏效应把太阳能转化成电能的新型建筑

幕墙，它主要由幕墙支承结构、含有光伏电池组的光电板、连接电路、控制系统、逆变器以及蓄电池组等部分组成，它的关键技术是光伏电池技术，而光伏电池的工作原理是光伏效应。如何有效的发挥光伏效应的效率，为人们提供最多的电能，同时保证系统的运行稳定与安全，是光电幕墙系统设计的重点。

4.1 总体设置原则

（1）根据建筑物所处的气候条件、周边环境、使用功能、建筑外形、财务投资状况等因素，进行综合技术经济分析，确定光电幕墙的使用面积、基本形式和安装方位，并根据建筑物的电气设计方案，确定光电幕墙系统的供电负载以及物理和电工性能要求。（2）光电幕墙的结构设计要满足有关建筑幕墙的国家、行业标准和技术规范，满足建筑装饰性和抗风、抗震、平面内变形等建筑安全要求，符合建筑设计的气密性、水密性、耐撞击、隔声、保温等技术标准，并且要确保用电过程中的安全，避免安全事故的发生。（3）电气系统的设计要遵循《民用建筑电气设计规范》的标准。电缆线的规划分布要科学规范，并方便检修工作的开展，而且外部形态的美观也是应该遵循的设置原则。

（4）光电幕墙的建筑设计阶段还要考虑光伏列阵对建筑物本身物理性能的影响，特别是建筑物的热环境。

（5）应该综合建筑功能以及立面效果的角度来进行综合考量。（6）因为要实现太阳能的最高效利用，所以在产品的安装设置中要遵循朝阳的原则。一般来说，光电幕墙要安装在楼房中受阳光照射时间长的那些部位，如女儿墙、墙楣部分或屋顶等；通常光电幕墙应面南，或在东南和西南之间，在一定条件下也可面东和面西。

4.2 幕墙支承结构

光电幕墙的结构设计内容主要包括幕墙结构类型的选取、幕墙节点设计、系统连线方式等。光电幕墙可以采用构件式、单元式等结构形式，可以是隐框幕墙、明框幕墙、点式幕墙等。但光电幕墙的结构设计要满足有关建筑幕墙的国家、行业标准和技术规范，满足建筑装饰性和抗风、抗震、平面内变形等建筑安全要求，符合建筑设计的气密性、水密性、耐撞击、隔声、保温等技术要求，同时要保证用电安全，具有可靠的电绝缘性，能有效保护所集成的电池及导线等元器件，即使在雨雪等恶劣天气情况下，都不能出现漏电、短路等问题，更不能在可触摸部位出现危险的高电压。在设计时应充分利用幕墙骨料内部的空腔，把电线隐藏起来，实现简洁的墙面效果。光电幕墙的结构设计还要考虑到便于使用过程中的维护和维修需要，设置必要的清洗和维护设施。

4.3 光电板

多个太阳能电池之间由导线连接在一起，最终构建成一个完整的光电板。光电板的规格要结合实际施工中的规划方案来决定。光电模板作为幕墙的建筑材料使用，必须具备建材所要求的几项条件：