太阳能光伏建筑一体化

浅谈太阳能光伏建筑一体化

摘要：太阳能作为一种无处不在、取之不尽、用之不竭、洁净且无污染的能源正日益受到人们的重视；它的广泛应用与推广对于节约不可再生的矿物能源、保护环境、改善人类生存空间、实现经济社会的可持续性发展等具有重要的意义。当代世界太阳能科技发展有两大基本趋势：一是光电与光热结合；二是太阳能与建筑的结合。太阳能是未来人类最适合、最安全、最理想的替代能源。本文通过对太阳能与建筑一体化在实际工程中应用的讨论与分析，为推广与实践太阳能与建筑一体化技术提供参考。

关键词：太阳能照明太阳能与建筑一体化

随着社会的发展和人口不断增长，建筑能耗在社会能源总消费量中所占的比例逐年上升，能源已经成为全球的热点、焦点问题。世界各国都面临着资源和环保的双重压力，人类社会的可持续发展遭遇了空前的挑战。能源的紧缺提出了对可再生能源的需求，而太阳能作为一种可以在任何太阳存在的地方都可以使用的能源受到广

泛的关注，它的使用已经从最初在边远地区和缺电地区的使用，逐渐的转移到发达国家城市的使用；从简单的使用和安装太阳电池板，到现在能够把太阳电池板和建筑进行比较好的结合，使得太阳能光伏发电得到更广阔的发展空间。如何降低我国建筑耗能已经是提升到影响国家能源安全和迫切需要解决的问题，建筑中充分利用太阳能是降低我国建筑耗能的一个有效途径。太阳能是最为方便、最有前途、可再生的建筑能源。在太阳能产业发展的过程中，太阳

能光热技术的开发和推广应用还存在不足，根据建筑不同结构和朝向实现太阳能与建筑一体化新技术是推动太阳能产业的有效途径。

1、太阳能光电系统的使用现状

太阳能的利用，可分为太阳能热能和太阳光电两方面。本文所讨论的内容为后者，即光－电转换的太阳能光电系统。这种系统利用了物体由于吸收光子而产生电动势的现象来进行发电。我国，乃至全世界，正大力发展太阳能这种洁净能源，但在发展太阳能这条路上面临着三大困难：

(1)转換率低。

(2)电池、组件和辅助设备的成本及安装费、维护费过高。

(3)发电成本高。

2、太阳能光电系统的主要组成

太阳能光电系统由太阳能光电模组、控制器、蓄电池三大部件组成。其中太阳能光电模组、控制器的成本占了绝大部分，其技术含量也是最高的。

2.1太阳能光电模组

太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式(以下表示为a－)两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。

按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形(a-si：h,a-si：h：f,a-sixgel －x：h等)、ⅲv族(gaas,inp等)、ⅱⅵ族(cds系)和磷化锌(zn3p2)等。太阳能电池根据所用材料的不同，太阳能电池还可分为：硅太

阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、聚合物多层修饰电极型太阳能电池、纳米晶太阳能电池、有机太阳能电池，其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，在应用中居主导地位。

2.1.1薄膜型太阳能电池

薄膜型太阳能电池出现于20世纪90年代，主要包括：a-si及其合金、cuinse2及其合金以及cdte三种材料。

由于薄膜型太阳能电池比传统单晶硅太阳能电池轻便，使得太阳能光电系统的功能更多样化。

其中衍生出一种名为薄膜太阳光电模组合led照明的产品，在太阳能电池后面使用led作为照明，满足能耗自足。该产品已广泛应用于建筑当中，其优点是：

(1)无论白天黑夜，都能达到最佳照明效果。

(2)安装美观。

(3)价格低廉。

缺点则是转换率不高。

2.1.2染料敏化纳米晶太阳能电池

在中空玻璃中嵌入数十微米厚的纳米复合薄膜，这层薄膜由三大功能构件组成：吸收太阳光的光敏染料，增强吸收率的纳米荧光材料，以及进行光电转換的纳米二氧化钛。如图2所示，染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的tio2导带，染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入tio2导带中的电子最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。

染料敏化纳米晶太阳能电池具有结构简单，成本低廉，易于制造，对光强度变化和温度变化不敏感，光电转换率高，光稳定性好，对环境无污染等优点。自1991年问世以来，引起了人们的广泛关注。其缺点，也是将来的发展重点：

(1)获得更高的光电转換效率。

(2)延长染料敏化纳米晶太阳能电池使用寿命。

2.2控制器的设计

在整个太阳能光电系统中，除了太阳能电池外，控制器同样扮演着十分重要的角色。可以说，控制器的好坏决定了整个太阳能光电系统是否有价值。

因太阳光的辐射与区域内电器用电量时刻都在变化，若不对控制器进行一定的改进，那么将会有大量转化出来的电能被控制器及电路消耗掉，轻微者会造成元器件发热而降低性能，严重者会导致浪涌，造成太阳能电池板损坏。

在电力电子领域中，利用脉冲宽度调制技术(pwm)能避免浪涌，且使固定电池组件的效率提高了一半。所谓脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。一方面，脉冲宽度调制能够零电压或零电流的开关方式从根本上避免了浪涌的出现。

3、结论

“太阳能与建筑一体化”是我国建筑节能及太阳能光能利用领域目前亟待突破的技术难题。在设计过程中要充分考虑各种因素，做到与建筑物的完美结合。随着第三代太阳能电池的发展，即有机物、生物太阳能电池的出现，太阳能光电将成为一个更贴近于人们的生活、综合性非常强的交叉学科。

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