光伏嵌入玻璃幕墙的应用

 光伏的使用(PV)不仅限于发电，其实对于节能策略也起着重要作用。特别是在日光控制方面，半透明光伏为幕墙应用提供了广泛的空间。晶体太阳能模块的透明度取决于各电池之间的距离，电池彼此间靠得越近，面板总的光伏输出就越高。另外，一个非常紧密的电池排列可削减进入建筑物的日照量，反过来又可降低夏季因制冷／空调消耗的能量。但建筑师通常不考虑优化光伏幕墙的效率，反而倾向于更高的用户舒适度。

    在德国卡尔斯鲁厄理工学院进行的一个研究项目过程中，科学家研究和比较了位于巴西北部福塔雷萨、巴西南部弗洛里亚诺波利斯和德国法兰克福安装有光伏幕墙的三栋建筑的能效。三栋建筑的所有幕墙都装有内嵌半透明晶体太阳能电池的窗户。由于所有光伏窗只有30%的透明度，夏季因制冷需求减少，节能效果显著。同时，更多的能量不得不被用于建筑物内部的人工照明。“但我们已经可以通过安装照明控制系统来减少这种影响。”卡尔斯鲁厄理工学院其中一位研究人员 Evelise Didoné 解释。

    一种控制光伏建筑幕墙透明度的完全不同的方法是使用染料敏化太阳能电池(DSCs)。与普通的硅太阳能电池板不同，DSC的光敏层利用光敏染料把日光转换成电能。事实上，用于DSC的有机光活性层非常薄，通过选择不同颜色和厚度的材料可制造出不同透明度级别的太阳能板。意大利巴勒莫大学建筑系的Rossella Corrao 解释说：“虽然与硅板20％的效率相比，DSC模块的只有8％，但和相同功率的晶体板相比，他们实际每年可以产生高达15％以上的能量。原因就是DSC模块在弱光条件下更有效。与硅系统的不同之处在于，DSC的效率不依赖于光的入射角度。因此，DSC模块不一定要朝向太阳，即使安装在垂直或水平的方向，也不会损失效率。 

    此外，配合玻璃幕墙使用DSC “可通过建筑外的太阳光源和建筑内的人工光源获得幕墙集成光伏组件的双向应用，从而显著延长系统每天的运行时间。” Corrao 接着说。

    Corrao在巴勒莫大学的最新研究包括开发提高建筑构件光吸收特性的创新解决方案。她其中的一个研究项目是调查DSC集成玻璃块能否把材料的热阻(R值)降低到符合欧盟未来建筑法规的程度。Corrao的发现显示：一个玻璃块内的腔体数量从一个增加到两个或增加到更多的时候，可进一步降低R值。另外，使用DSC在玻璃块内创建这些附加腔体绝对是一个选项。集成了DSC的玻璃块不仅可以用于发电，还可以提供比普通标准玻璃块更好的绝缘性能。 

    计算机模拟预测, 在设计零能耗建筑时，颜色和透明度对DSC光伏效率的直接影响是一个重要的参考工具。来自芬兰埃斯波市阿尔托大学的教授Janne Halme 正在就如何优化DSC的可用性和发电进行研究。在这方面，Halme 把重点放在了探索DSC集成到建筑设计中的新方法，而不是尽力优化电池效率。光伏窗的透明度和幕墙美感的作用要胜过效率。Halme: “DSC 效率得退居次席。”

    上述提到的三位科学家将于2012年12月6日-7日在意大利布列瑟农举行的题为聚焦太阳能建筑外观的第七届能源论坛上展示他们的研究成果。大会还将重点介绍 Dieter Moor (奥地利林茨Arconsol) 关于优化半透明光伏窗性能和成本考虑的策略，和 Livio Nichilio (加拿大多伦多大学) 有关通过使用光伏和热镜玻璃集成幕墙来提高建筑物能效的策略。