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【摘 要】 本文主要从光电幕墙的简介、光电幕墙工作原理、光电幕墙选取位置、光电幕墙的防热作用等方面对光电幕墙在我国建筑设计中的应用进行了探讨。
【关键词】 光电幕墙；建筑设计；应用
一、前言
我国幕墙能源问题严峻，节省能源和开发新能源是当今时代的重点问题。光电幕墙在我国应用越来越广泛，可持续发展是当今时代的主题，研究光电幕墙是非常具有现实意义的。
二、光电幕墙的简介
光电幕墙的产生是在二十世纪初期，由于世界经济的高速发展，在部分国家出现能源危机，因此科学家开始对光电幕墙进行研究。那么什么是光电幕墙呢？它是一种新型建筑幕墙，是用光電池、光电板技术，把太阳光转化为电能，它关键的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池的工作原理是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压，这称为光电效应。
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、装饰等功能于一身的新型建筑幕墙，充分体现了建筑智能化的特点。它大大减轻了环境的负担，同时也满足建筑的物理需求，比如阻燃、保暖、隔热等。光电幕墙装了光电模板后，可节省传统的建筑材料，比如，光电模板可代替抛光的自然建材，并且光电幕墙的生产、使用直至报废都可以实现对环境的无污染。光电板成分中不含有毒物质，不会在建筑物起火时产生任何诸如释放有毒气体等危险。重要的是光电幕墙在具有普通幕墙功能的同时，还可以把光能转换成电能，这种能源生产型幕墙是幕墙技术发展的最新代表。
新型的的光电幕墙借助近年来飞速发展的太阳能光伏产业，使建筑光伏一体化成为未来幕墙产业发展的主流趋势。这种新兴的技术，将光电技术与幕墙系统技术科学地结合在一起。光电幕墙除了具有普通幕墙的性能外，最大的特点是具有将光能转化为电能的功能。与普通能源相比，光电幕墙是将太阳能转化为电能，光电池在发电过程中，不会排放二氧化碳及二氧化硫等会产生温室效应的有害气体，对环境不会产生污染，也不会产生噪音，所以光电幕墙能源是一种洁净的能源。这也符合国家节能减排的战略发展目标。
三、光电幕墙工作原理
光电幕墙在太阳光照射下，由光电板产生直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的作用下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储存起来，使用时蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络或直接驱动负载。
光电幕墙的关键是光电池技术，现在工业化生产的太阳能电池主要是硅系列，一般选择单晶硅，多晶硅以及非晶硅这几种材料来复合加工。在这三种材料当中，单晶硅在光电转换方面的功能最为强大，多晶硅第二，而非晶硅则是三者中相对最弱的。
单晶硅太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求高（99.999%），成本高，光电转换效率最高，可达15%～20%；多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，其光电转换效率约12%，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术的提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右；非晶硅太阳能电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人，目前非晶硅太阳能电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。如果效率衰降问题能够克服后，非晶硅太阳能电池将能大大促进太阳能利用的大发展，因为它成本低，重量轻，应用更为方便，它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。
四、光电幕墙选取位置
1.从建筑物立面考虑。作为把采集到的幅射光转化为电流的主要原件是光电板，由它所组成的幕墙玻璃是不透光的，全部采用到建筑物的幕墙上，显然是不合适的，结合建筑物的立面有些部位（如梁、女儿墙等）在幕墙上正需要深色遮盖的要求，因此，光电幕墙宜在这些部位设置，这样二者相得益彰。
2.从最佳采光效果考虑。光电幕墙，最需能更长时间、光照角度最小的部位进行设置。作为建筑物来说，这个部位无疑是屋顶部位。按照光电阵列与地平面的倾角修正系数K6表中，可看出，立面部位的K6值（按南立面计为68%），与屋顶部位的K6值（为93%）相比，要相差25%，则电能产生值要增加37%。因此，建筑物的主屋顶是设置光电幕墙的最佳部位。光电幕墙目前在国外已得到了试验性的应用，例如德国。尽管光电幕墙的投入成本较高，但由于其能提供无可比拟的洁净能源，及取之不尽的永恒能源，我们深信，光电幕墙随着人们的认识以及不断改进，一定会成为人类社会今后的主要能源物。
五、双层光电幕墙的防热作用
双层光电幕墙的冬季保温效果极好，其光电幕墙的应用主要是为示范楼提供弱电及部分小功率电器的能耗来源。双层光电幕墙夏季通过内、外循环通风系统减轻双层幕墙所造成的温室效应，其防热作用主要通过四个方面完成。
1.光电幕墙本身有遮阳效果，降低了进入建筑内部的日光量。
2.光电幕墙为与内层幕墙之间通道内的电动遮阳百叶提供电能，使遮阳效果进入自动化。幕墙外侧设置有太阳辐射传感器，通过实际的测量数据来控制通道内百叶的升降与旋转角度。由于光电幕墙安装在南向，正上方的太阳光线较为强烈，故选用的是水平遮阳构件。冬季时，百叶与玻璃面垂直，得到尽可能多的太阳辐射；夜间将百叶关上，利于室内保温；夏季在不影响采光的状况下，调节百叶角度，尽可能降低太阳辐射；夜间将百叶打开，使白天室内获得的热量快速散开。
3.窄通道区域提供一个低温缓冲区，降低空调能耗。在夏季开启空调时，室内低温空气通过玻璃进行冷辐射，降低通道内靠近内层幕墙玻璃面的空气温度；靠近外层幕墙的通道内的空气受到太阳辐射温度升高；基于冷空气下降，暖空气升高的原理，可以有效地排出窄通道内的热空气，使通道内的温度低于室外温度；与室内接触的窄通道的空气温度低于室外温度，其空调能耗低于同种条件下的单层玻璃幕墙的空调能耗，起到节能的效果；由于夏季室内温度低，室外温度高，夹层空气只要在这两个温度之间，便会形成一定的热压差，这种热压差也是构成建筑室内室外通风换气的基础。
4.光电幕墙产生的电能还有一部分供给通道顶部的机械通风器，智能化地将多余的热空气排出室外。通道内的温度传感器与幕墙顶部的风机联动，通过对室内到夹层的空气进风量，来保证通道空气温度范围。室外辐射越强，光伏发电量越大，供给机械通风器的电量越大，与此同时，由于太阳辐射通道温度一直上升，同时需要更多的电量利用机械通风器流散过多的热量。
六、结束语
光电幕墙的设计与太阳能的利用在未来一定会结合的更好，但是光电幕墙的成本比较高，对新材料的开发也是重中之重。
参考文献：
[1]寇玉德.建筑幕墙热工性能与评价方法的研究.上海交通大学.2013年3月，第2期，166-168.
[2]崔开富；尹时平.浅谈玻璃幕墙在建筑设计中的应用.科技咨询导报.2012年4月，第4期，243-247.
[3]高洁.光电幕墙技术及应用.中国建筑金属结构·下半月.2013年10月，第9期，110-115.
【关键词】 光电幕墙；建筑设计；应用
一、前言
我国幕墙能源问题严峻，节省能源和开发新能源是当今时代的重点问题。光电幕墙在我国应用越来越广泛，可持续发展是当今时代的主题，研究光电幕墙是非常具有现实意义的。
二、光电幕墙的简介
光电幕墙的产生是在二十世纪初期，由于世界经济的高速发展，在部分国家出现能源危机，因此科学家开始对光电幕墙进行研究。那么什么是光电幕墙呢？它是一种新型建筑幕墙，是用光電池、光电板技术，把太阳光转化为电能，它关键的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池的工作原理是利用太阳光的光子能量，使得被照射的电解液或者半导体材料的电子移动，从而产生电压，这称为光电效应。
光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、装饰等功能于一身的新型建筑幕墙，充分体现了建筑智能化的特点。它大大减轻了环境的负担，同时也满足建筑的物理需求，比如阻燃、保暖、隔热等。光电幕墙装了光电模板后，可节省传统的建筑材料，比如，光电模板可代替抛光的自然建材，并且光电幕墙的生产、使用直至报废都可以实现对环境的无污染。光电板成分中不含有毒物质，不会在建筑物起火时产生任何诸如释放有毒气体等危险。重要的是光电幕墙在具有普通幕墙功能的同时，还可以把光能转换成电能，这种能源生产型幕墙是幕墙技术发展的最新代表。
新型的的光电幕墙借助近年来飞速发展的太阳能光伏产业，使建筑光伏一体化成为未来幕墙产业发展的主流趋势。这种新兴的技术，将光电技术与幕墙系统技术科学地结合在一起。光电幕墙除了具有普通幕墙的性能外，最大的特点是具有将光能转化为电能的功能。与普通能源相比，光电幕墙是将太阳能转化为电能，光电池在发电过程中，不会排放二氧化碳及二氧化硫等会产生温室效应的有害气体，对环境不会产生污染，也不会产生噪音，所以光电幕墙能源是一种洁净的能源。这也符合国家节能减排的战略发展目标。
三、光电幕墙工作原理
光电幕墙在太阳光照射下，由光电板产生直流电，通过多极集电，即在太阳能控制器的作用下将光电幕墙产生的直流电通过蓄电池组储存起来，使用时蓄电池组输出的直流经过逆变、变压等过程，转化成可供使用的交流电，送入供电网络或直接驱动负载。
光电幕墙的关键是光电池技术，现在工业化生产的太阳能电池主要是硅系列，一般选择单晶硅，多晶硅以及非晶硅这几种材料来复合加工。在这三种材料当中，单晶硅在光电转换方面的功能最为强大，多晶硅第二，而非晶硅则是三者中相对最弱的。
单晶硅太阳能电池以高纯的单晶硅棒为原料，纯度要求高（99.999%），成本高，光电转换效率最高，可达15%～20%；多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池差不多，其光电转换效率约12%，稍低于单晶硅太阳能电池，但是材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。随着技术的提高，目前多晶硅的转换效率也可以达到14%左右；非晶硅太阳能电池是1976年有出现的新型薄膜式太阳能电池，它与单晶硅和多晶硅太阳能电池的制作方法完全不同，硅材料消耗很少，电耗更低，非常吸引人，目前非晶硅太阳能电池存在的问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为10%左右，且不够稳定，常有转换效率衰降的现象，所以尚未大量用于作大型太阳能电源，而多半用于弱光电源，如袖珍式电子计算器、电子钟表及复印机等方面。如果效率衰降问题能够克服后，非晶硅太阳能电池将能大大促进太阳能利用的大发展，因为它成本低，重量轻，应用更为方便，它可以与房屋的屋面结合构成住户的独立电源。
四、光电幕墙选取位置
1.从建筑物立面考虑。作为把采集到的幅射光转化为电流的主要原件是光电板，由它所组成的幕墙玻璃是不透光的，全部采用到建筑物的幕墙上，显然是不合适的，结合建筑物的立面有些部位（如梁、女儿墙等）在幕墙上正需要深色遮盖的要求，因此，光电幕墙宜在这些部位设置，这样二者相得益彰。
2.从最佳采光效果考虑。光电幕墙，最需能更长时间、光照角度最小的部位进行设置。作为建筑物来说，这个部位无疑是屋顶部位。按照光电阵列与地平面的倾角修正系数K6表中，可看出，立面部位的K6值（按南立面计为68%），与屋顶部位的K6值（为93%）相比，要相差25%，则电能产生值要增加37%。因此，建筑物的主屋顶是设置光电幕墙的最佳部位。光电幕墙目前在国外已得到了试验性的应用，例如德国。尽管光电幕墙的投入成本较高，但由于其能提供无可比拟的洁净能源，及取之不尽的永恒能源，我们深信，光电幕墙随着人们的认识以及不断改进，一定会成为人类社会今后的主要能源物。
五、双层光电幕墙的防热作用
双层光电幕墙的冬季保温效果极好，其光电幕墙的应用主要是为示范楼提供弱电及部分小功率电器的能耗来源。双层光电幕墙夏季通过内、外循环通风系统减轻双层幕墙所造成的温室效应，其防热作用主要通过四个方面完成。
1.光电幕墙本身有遮阳效果，降低了进入建筑内部的日光量。
2.光电幕墙为与内层幕墙之间通道内的电动遮阳百叶提供电能，使遮阳效果进入自动化。幕墙外侧设置有太阳辐射传感器，通过实际的测量数据来控制通道内百叶的升降与旋转角度。由于光电幕墙安装在南向，正上方的太阳光线较为强烈，故选用的是水平遮阳构件。冬季时，百叶与玻璃面垂直，得到尽可能多的太阳辐射；夜间将百叶关上，利于室内保温；夏季在不影响采光的状况下，调节百叶角度，尽可能降低太阳辐射；夜间将百叶打开，使白天室内获得的热量快速散开。
3.窄通道区域提供一个低温缓冲区，降低空调能耗。在夏季开启空调时，室内低温空气通过玻璃进行冷辐射，降低通道内靠近内层幕墙玻璃面的空气温度；靠近外层幕墙的通道内的空气受到太阳辐射温度升高；基于冷空气下降，暖空气升高的原理，可以有效地排出窄通道内的热空气，使通道内的温度低于室外温度；与室内接触的窄通道的空气温度低于室外温度，其空调能耗低于同种条件下的单层玻璃幕墙的空调能耗，起到节能的效果；由于夏季室内温度低，室外温度高，夹层空气只要在这两个温度之间，便会形成一定的热压差，这种热压差也是构成建筑室内室外通风换气的基础。
4.光电幕墙产生的电能还有一部分供给通道顶部的机械通风器，智能化地将多余的热空气排出室外。通道内的温度传感器与幕墙顶部的风机联动，通过对室内到夹层的空气进风量，来保证通道空气温度范围。室外辐射越强，光伏发电量越大，供给机械通风器的电量越大，与此同时，由于太阳辐射通道温度一直上升，同时需要更多的电量利用机械通风器流散过多的热量。
六、结束语
光电幕墙的设计与太阳能的利用在未来一定会结合的更好，但是光电幕墙的成本比较高，对新材料的开发也是重中之重。
参考文献：
[1]寇玉德.建筑幕墙热工性能与评价方法的研究.上海交通大学.2013年3月，第2期，166-168.
[2]崔开富；尹时平.浅谈玻璃幕墙在建筑设计中的应用.科技咨询导报.2012年4月，第4期，243-247.
[3]高洁.光电幕墙技术及应用.中国建筑金属结构·下半月.2013年10月，第9期，110-115.