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】

　　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50×1018KJ，相当于1700亿t标准煤，每年日照时间大于2000h，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3、图3）。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在21世纪将会得到迅猛的发展。

MJ/（㎡•a）
我国太阳辐射资源带              表3
资源带号　　　名称　　　　　指标
Ⅰ　　　　资源丰富带 ≥6700MJ/（㎡•a）
Ⅱ　　　　资源较富带 5400~6700MJ/（㎡•a）
Ⅲ　　　　资源一般带 4200~5400MJ/（㎡•a）
Ⅳ　　　　资源贫乏带＜4200MJ/（㎡•a）

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。

2.3  硅晶光电电池原理
　　硅晶光电电池的原理是基于光照射到硅半导体PN结而产生的光伏效应（Photovoltraic Effect，缩写为PV），它的外形结构有圆形的和方形的两种。这是一种N+/P型光电电池，它的基本材料为P型单晶硅，厚度在0.4mm以下，上表面是N型层，是受光层，它和基体在交界面处形成一个PN结，在n型层上面制作金属栅线，作为正面栅状电极（负极），在整个背面也制作金属膜，作为背面金属电极（正极），这样就形成晶体硅光电电池。为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减反射膜。

　　当N型半导体和P型半导体紧密接触时，在交界处形成PN结：N型半导体的电子和P型半导体的空穴，都会向对方扩散，从而形成一个内建电场。当光照射到PN结时，如果光子的能量大于禁带宽度（对硅而言，其数值为1.1ev），满带中的电子就会被激发到导带中去，形成由N区流向P区的内光致电流，光致电流使N和P区分别积累了负电荷和正电，从而在PN结上形成附加的电势差，这就是光生伏打效应（PV），如果将PN结两端与外电路相连，负载便会有电流通过。

2.4  光电电池（太阳电池）的效率
　　太阳电池的效率是指太阳电池的输出功率PM与投射到太阳电池面积上的功率Ps之比，其值取决于工作点。通常采用的最大值作为太阳电池的效率，即如果太阳电池不工作于最大功率点，则太阳电池的实际效率都低于按此定义的效率值，实际效率可能更低。

　　影响太阳电池的效率的因素很多，如日照强度、光谱、温度等，只有当这些因素都确定时，太阳电池的效率才能被确定。下面分别讨论上述三种因素对太阳电池效率的影响：日照强度S：其单位是w/㎡，在大气层之外其值最大，称为太阳常数。在大气层之外的日照强度为S≈1.37kw/㎡。在地球表面的S值通常在零到1kw/㎡之间变化。图6绘出了一簇以多种不同S值为参数的特性曲线。由图可见，短路电流ISC随着日照度S的变化而有较大改变，而空载电压VOC仅是随着S的变化而略有变化。如果进行粗略的简化，可以表示为（IM为负载最佳工作点的电流）：
ISC ～ IM ～S
以及
VOC ～ VM～ LnS
因此，太阳电池的效率也可以表示为：
η=ηmpp≈(S LnS)/S ≈ LnS
　　由上式可以看出，效率η仅是随着日照强度S的变化而微弱地变化，它们的关系是近似的对数关系。当太阳电池的最佳工作点始终保持在它的最大功率点上时，太阳电池具有相当好的“部分负荷特性”，既它带有部分负荷时的效率不见得会比它带有额定负荷时的效率小。

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