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人類未來幕牆:光伏幕牆
人類未來幕牆:光伏幕牆

建築節能一直是當今建築的熱門話題,建築節能的突破口究竟在哪裏?

日前據報道光伏技術的的使用(PV)不光用于發電,其實對于節能策略也起著重要作用。特別是在日光控制方面,半透明光伏爲幕牆應用提供了廣泛的空間。晶體太陽能模塊的透明度取決于各電池之間的距離,電池彼此間靠得越近,面板總的光伏輸出就越高。另外,一個非常緊密的電池排列可削減進入建築物的日照量,反過來又可降低夏季因制冷/空調消耗的能量。但建築師通常不考慮優化光伏幕牆的效率,反而傾向于更高的用戶舒適度。

在歐洲德國卡爾斯魯厄理工學院進行的一個研究項目過程中,科學家研究和比較了位于巴西北部福塔雷薩、巴西南部弗洛裏亞諾波利斯和德國法蘭克福安裝有光伏幕牆的三棟建築的能效。三棟建築的所有幕牆都裝有內嵌半透明晶體太陽能電池的窗戶。由于所有光伏窗只有30%的透明度,夏季因制冷需求減少,節能效果顯著。同時,更多的能量不得不被用于建築物內部的人工照明。“但我們已經可以通過安裝照明控制系統來減少這種影響。”卡爾斯魯厄理工學院其中一位研究人員EveliseDidoné解釋。

光伏的使用(PV)不光用于發電,其實對于節能策略也起著重要作用。特別是在日光控制方面,半透明光伏爲幕牆應用提供了廣泛的空間。晶體太陽能模塊的透明度取決于各電池之間的距離,電池彼此間靠得越近,面板總的光伏輸出就越高。另外,一個非常緊密的電池排列可削減進入建築物的日照量,反過來又可降低夏季因制冷/空調消耗的能量。但建築師通常不考慮優化光伏幕牆的效率,反而傾向于更高的用戶舒適度。

在德國卡爾斯魯厄理工學院進行的一個研究項目過程中,科學家研究和比較了位于巴西北部福塔雷薩、巴西南部弗洛裏亞諾波利斯和德國法蘭克福安裝有光伏幕牆的三棟建築的能效。三棟建築的所有幕牆都裝有內嵌半透明晶體太陽能電池的窗戶。由于所有光伏窗只有30%的透明度,夏季因制冷需求減少,節能效果顯著。同時,更多的能量不得不被用于建築物內部的人工照明。“但我們已經可以通過安裝照明控制系統來減少這種影響。”卡爾斯魯厄理工學院其中一位研究人員EveliseDidoné解釋。

一種控制光伏建築幕牆透明度的完全不同的方法是使用染料敏化太陽能電池(DSCs)。與普通的硅太陽能電池板不同,DSC的光敏層利用光敏染料把日光轉換成電能。事實上,用于DSC的有機光活性層非常薄,通過選擇不同顔色和厚度的材料可制造出不同透明度級別的太陽能板。意大利巴勒莫大學建築系的RossellaCorrao解釋說:“雖然與硅板20%的效率相比,DSC模塊的只有8%,但和相同功率的晶體板相比,他們實際每年可以産生高達15%以上的能量。原因就是DSC模塊在弱光條件下更有效。與硅系統的不同之處在于,DSC的效率不依賴于光的入射角度。因此,DSC模塊不一定要朝向太陽,即使安裝在垂直或水平的方向,也不會損失效率。

此外,配合玻璃幕牆使用DSC“可通過建築外的太陽光源和建築內的人工光源獲得幕牆集成光伏組件的雙向應用,從而顯著延長系統每天的運行時間。”Corrao接著說。

Corrao在巴勒莫大學的新研究包括開發提高建築構件光吸收特性的創新解決方案。她其中的一個研究項目是調查DSC集成玻璃塊能否把材料的熱阻(R值)降低到符合歐盟未來建築法規的程度。Corrao的發現顯示:一個玻璃塊內的腔體數量從一個增加到兩個或增加到更多的時候,可進一步降低R值。另外,使用DSC在玻璃塊內創建這些附加腔體是一個選項。集成了DSC的玻璃塊不僅可以用于發電,還可以提供比普通標准玻璃塊更好的絕緣性能。

計算機模擬預測,在設計零能耗建築時,顔色和透明度對DSC光伏效率的直接影響是一個重要的參考工具。來自芬蘭埃斯波市阿爾托大學的教授JanneHalme正在就如何優化DSC的可用性和發電進行研究。在這方面,Halme把重點放在了探索DSC集成到建築設計中的新方法,而不是盡力優化電池效率。光伏窗的透明度和幕牆美感的作用要勝過效率。Halme:“DSC效率得退居次席。”