光电幕墙及光电屋顶摘要

光电幕墙及光电屋顶（摘录）

建设部幕墙门窗标准化技术委员会专家组长—龙文志

摘要：本文论述了光电幕墙（屋顶）的基本原理、结构、设计计算、安装维护。

关键词：光电池、光电板、光电幕墙、光电屋顶。

1 前言

光电幕墙（屋顶）是将传统幕墙（屋顶）与光生伏打效应（光电原理）相结合的一种新型建筑幕墙（屋顶）。主要是利用太阳能来发电的一种新型的绿色的能源技术。

能源是人类生存和发展的基础，传统的能源是以消耗地球的有限资源，同时又污染人类生存环境为代价来生产，20世纪七十年代全球的能源危机，使世界很多国家清醒地认识到：太阳能是一种绿色（清洁，无污染）丰富的自然能源，争相加以开发和研究，因而太阳能电池从人造卫星发电开始向地面发电普及和应用，（见表一）据不完全统计，1999年，全世界太阳能电池的年产量已超过二亿峰瓦（MW P）（见图一、图二），但其年产量与世界能源总需求相比仍然相差甚远，为了在21世纪能得到突破性发展，一些国家正在围绕制约太阳能电池地面大规模普及应用的一些根本问题进行研究，其中一个问题就是接收面积问题，因为太阳能是分散的，为了提供所需的能源，必须有足够的接受面积。据测算：为了满足2000年全球电力的需求，以太阳能电池转换率10%计算，需要的面积为840km×

840km=640000km2，这相当于德国和意大利两个国家的面积。表一：太阳能电池的五种应用领域

图一：全世界1966年~1999年太阳能电池产量（单位MW P ）

50100150200

25019

861987198819891990199119921993199419951996199719981999

图二：世界主要太阳能电池公司1991年~1998年产量(单位MW P

)

51015202519911992199319941995199619971998

我国1995年的发电量约为1亿MW ·h ，如果全部用太阳能电池发电，其接收面积约为12500km 2，比天津市还要大。以上数值表明，所需的面积是相当可观的，利用建筑幕墙（屋顶）和太阳能电池相结合是解

决接受面积的主要途径，应用方式有下列几种：

下面的图及照片省略

德国慕尼黑商贸中心的6座大厦都装光电屋顶，共有7812个框架光电板，每个光电板共有84个单晶硅太阳能电池，输出功率为130w，光电板总和峰值功率为1.016kw，光电板占屋顶面积58%，发出的直流电经过逆变电器送至2万伏中压电网，预计寿命20年，可

（见Phptovoltaics Inside Report 1998 17减少2万吨的CO2排放量。

（9）：3）。现在全世界能源约4/5由含碳的矿物燃料产生，如果其用量年增长率为3%，预计到2020年全世界的CO2排放量将增加40%，对人类生成环境将产生灾难性后果，多次国际会议都在研讨减少CO2排放量和发展绿色能源问题。光电幕墙（屋顶）的发展理所当然地被列为21世纪重要绿色能源。

美国制订了百万光电屋顶，幕墙计划（见表二）。德国于1999年开始10万光电屋顶光电幕墙计划，预计在6-8年完成，每个系统定为5kw，总容量可达500MW；日本截止于1997年已建立1600个光电屋顶，容量为37MW。预计到2010年，太阳能电池产量将达到1800MW/年以上，年产值将超过42亿美元；光伏系统保有量预计为：美国757MW，欧洲618MW，日本174MW。

表二美国百万屋顶计划的内容与指标

我国拥有丰富的太阳能资源，陆地表面每年接受的太阳辐射能为50*1018千焦（KJ），相当于1700亿吨标准煤，每年日照时间大于2000h（小时），辐射总量高于586KJ/m2的太阳能资源丰富地区和较丰富地区占全国总面积的2/3（表三，图二十三）。我国是耗能大国，建筑能源浪费更加突出。建筑能耗占全社会总能耗的25%，其中建筑采暖、空调、照明占14%，建筑建造能耗为11%，今后比例还可能有所上升。我国建筑能耗是相同气候条件发达国家的2至3倍，在全面建设小康社

会的进程中，建设系统资源节约的任务十分艰巨。把资源节约、降低消耗放在突出位置，建筑节能是提高住宅舒适度、降低运行费用的基础，也是可持续发展的迫切要求。我国与国外先进水平的差距，不在材料和技术上，而是在设计标准和标准的落实上。建立以强制性标准为主体、推荐性标准为补充的建筑节能标准体系，新建建筑全面执行节能标准，建筑能耗减少50%。加大对建筑节能的检查力度，对违反规定的建设项目，已完工的不予验收备案并责令改。节能的65%主要由建筑围护系统承担。通过建筑一体化设计，推广应用光电幕墙（屋顶）的有效途径。尽管目前我国光电幕墙（屋顶）市场正在方兴未艾，但它具有强大的潜在市场，我们有理由预计，中国的光电幕墙，光电屋顶及光电工程的在廿一世纪将会得到迅猛的发展。

表三我国太阳辐射资源带

MJ/（m2·a）——兆焦/（平方米·年）

图二十三: 中国太阳能资源分布图

图三

已建成的一些实例工程有：

2光电电池基本原理

光电幕墙（屋顶）的基本单元为光电板，而光电板是由若干个光电电池（又名太阳能电池）进行串、并联组合而成的电池阵列，把光电板安装在建筑幕墙（屋顶）相应的结构上就组成了光电幕墙（屋顶）。

2.1 光电现象：

1983年，法国物理学家A.E贝克威尔观察到，光照在浸入电解液的锌电板产生了电流，将锌板换成带铜的氧化物半导体，其效果更为明显。1954年美国的科学家发现从石英提取出来的硅板，在光的照射下能产生电流，并且硅越纯，作用越强，并利用此原理做了光电板，称为硅晶光电电池。

2.2 硅晶光电电池分类：

硅晶光电电池可分为单晶硅电池，多晶硅电池和非硅晶电池。

硅晶光电电池可分为单晶硅电池，多晶硅电池和非硅晶电池。

单晶硅光电电池：

表面规则稳定，

通常呈黑色,

效率约14~17%

图二十四