光电幕墙及光电屋顶

来源:中国建筑装饰网　作者:龙文志　日期:2007-1-15 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　【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的，20世纪70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（表1），据不完全统计，1999年全世界太阳能电池的年产量已超过2亿峰瓦（MWP）（图1和图2），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=705600km2，这相当于德国和意大利两个国家的面积。

    　　太阳能电池的五种应用领域:
　　1)应用领域成本效应标准系统市场潜力
　　2)人造卫星的发电系统佳，最早的太阳能发电应用数百～千瓦量小，但发展稳定
发展中国家居家用的太阳能系统佳，市场呈稳定成长5W～5000W预估世界上有十亿人口没有电网供应电力
　　3)工业应用利润最高的太阳能应用。 5W～1,500W公路的急救电话、公路标志、微波自动转换装置、电栏杆、街灯等
　　4)已发展国家建立建筑物整体性的太阳能系统（Building Intergrated Photovoltaiacs）依据电力成本及政府辅助金而定 2,000W～300,000W美国、日本和德国发展他们已经宣布的「屋顶方案」，市场将超过每年1,000万W,中央电力供应站太贵，是平常电价三倍。
　　5)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12500km2，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。

　　已建成的一些实例工程有：

德国慕尼黑银行光电屋顶: 面积140㎡，功率15kw

德国慕尼黑银行光电幕墙: 面积350㎡，功率35kw

丹麦太阳公寓光电屋顶: 面积970㎡，功率106kw

德商场光电幕墙面积650㎡，功率73kw

德国旭格集团总部光电幕墙大楼

南威尔斯的贝格隆园区, 一座光电幕墙典型建筑

　　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V中压电网，预计寿命20年，可减少2万t的CO2排放量（见Phptovoltaics Inside Report 1998  17（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（表2）。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。

美国百万屋顶计划的内容与指标         表2
年代　　　　　　　　　1997　　1998　　1999　　2000　　2005　　 2010
参加城市数　　　　　　 10　　　25　　　50　　　75　　　200　　　325
太阳能建筑物（千个）　　2　　　8.5　　23.5 　　513　　　76　　　1014
屋顶当量系统（kw）　　　1　　　1　　　　1　　　　２　　　3　　　4
光伏总容量（Mw）　　　　1　　　6.5　　　15　　　55　　　270　　　610
单位成本（美元/Wp）　　6.5　　5.7　　　4.9　　　4.3　　　2.9　　　2.0
总的CO2的减少（kt）　　2　　　　13　　　39　　　111　　　1037　　3510

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