论光电幕墙在建筑幕墙设计中的发展及应用

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  【摘 要】近几年,我国号召可持续发展战略和环境保护,随着社会的不断发展,光伏发电必将部分取代常规能源,并广泛的应用各个行业中,因此加强对其的研究是非常有必要的,基于此本文分析了光电幕墙在建筑幕墙设计中的发展及应用。
  【关键词】光电幕墙;建筑幕墙设计;发展;应用
  1、光电幕墙概述
  1.1、概念
  光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一体的新型建筑幕墙,其主要是通过电池将光能转化成电能,而主要使用的技术是光电池、光电板技术,因此也被叫做太阳能光电幕墙。其最主要的技术是太阳能光电池技术。太阳能光电池主要是将太阳光的光子能量进行充分的利用,从而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。
  1.2、光电幕墙技术原理及组成
  光电幕墙是利用光伏效应,光电池的原理是将太阳能转换为电能。幕墙面板上安装有夹胶玻璃,玻璃上镶嵌有光伏电池模块,将各个模块和逆变器连接起来,组成太阳能发电系统。
  在设计光电幕墙时,需要对电池、变压器、导线、模板等各个因素进行分析,各个电池会组成光电模板,而光电模板又会组成小分格,最后利用导线形成变压器,变压器是封闭幕墙的重要组成部分。光电设备产生直流电后,会转变为交流电,然后通过电压网进行传输,最后利用逆变器将230/400V电压转变成50Hz的电能,供建筑使用。
  太阳能电池片大多是由晶硅构成的,这些晶硅可以分为非晶硅、多晶硅、单晶硅等几种情况,不同种类的晶硅其透明性不相同,为确保获得良好的天然采光,尽量选择非晶硅或者多晶硅电池。太阳能电池是通过导线进行连接的,太阳能电池经过处理后,会镶嵌在透明度高、强度高的低树脂玻璃中,然后在玻璃边缘或者模板背面接入导线,构成一个光电板,光电板的尺寸要根据工程的实际情况确定。用作光电模板幕墙建筑材料必须具有良好的保温隔热能力、坚固、耐久性强、防水防潮能力等性能,光电模板可以根据建筑需求分为透明和非透明两种情况,如果是用在窗户、天窗等位置,必须使用透明的光电模板,这样既可以发电又有利于自然采光。
  1.3、光电幕墙的主要特点
  光电幕墙是一种绿色幕墙技术,不仅能充分的利用建筑物表面,对建筑物进行外表装饰,还能将太阳能转换为电能,节能生产电能时消耗的资源,降低了对环境的污染。光电幕墙技术在产生电能过程中,不会消耗自然资源,不会产生余热、废气、废渣噪音等污染,这对环境保护有十分重要的作用。光电幕墙对外界的抵抗能力很强,在酸雨、臭氧层、-50℃-90℃的环境中,仍可以很长时间,具有超长的使用寿命。
  1.4、光电幕墙的优势
  光电幕墙是一种高科技的建筑外壳,具有很多的优点,包括能够抵御恶劣的天气,同时还能够满足建筑的物理要求,例如阻燃、隔热和消音等。同时其还环保,当太阳能电池使用的时候不会排除CO2,也不会排除对人们伤害的气体,没有噪音,同时其与环境有很好的相容性,因此也被广泛的应用。对于光电幕墙其最大的特点是不需要燃料,没有废气排除,没有余热,没有废渣,没有噪音污染,还能够用于发电,大大节约能源。综上,光电幕墙是一种高科技新产品,具有很强的经济效益和绿色环保效益。
  2、我国光电幕墙的发展
  就目前的情况来看,我国的光电幕墙的发展还在初步阶段,随着社会的不断发展,国家加大了光电幕墙技术的扶持力度,该技术也逐步的成熟,因此在幕墙行业中光电幕墙成为了非常重要的部分,因此在北京、上海、江苏、广东等地区7已经逐步的开展而来一批示范性工程,例如2010年世博会、上海企业联合馆、保定锦江国际酒店、长沙中建大厦光伏幕墙、广州电视塔光伏幕墙等。这些成功的案例能够为我国的光电幕墙的发展提供很好的依據,同时积累更多的技术数据和实际的经验,进一步促进我国光电幕墙的发展。
  光伏幕墙通常是将光伏组件放在两层玻璃之间而形成的幕墙材料。除了发电特性外,与其他幕墙有着相同的建筑特性。据了解,目前光伏幕墙有晶体硅材料幕墙和非晶硅材料幕墙这两种主要的技术模式。
  相对于晶体硅幕墙,非晶硅目前虽然发展相对较晚,且光电转换效率低于晶体硅材料,但非晶硅幕墙所采用的光伏组件薄膜电池本身透光性较好,而且在高温和弱光条件下也能发挥作用。相比晶体硅幕墙组件外观颜色单一,非晶硅幕墙组件能更好地与建筑物立面融为一体,不影响建筑的外观效果,也成为市场关注的新热点。目前我国建筑幕墙的年使用面积突破7000万平方米。如果光伏幕墙能达到10%的推广面,年产电就相当于10座中型火力发电站,可减少二氧化碳的排放量约400万吨。从行业内部来看,随着传统幕墙行业竞争加剧,行业利润摊薄,门槛降低,高端光伏幕墙已经成为幕墙产业内部转型的方向。
  图1为上海企业联合馆
  图2为长沙中建大厦光伏幕墙
  社会的不断发展,国内外的市场需求越来越大,因此对于光电幕墙的生产已经逐步的实现了海外企业合资、合作等方式。在二零零二年的时候,我国开发出具有自主知识产权的光电幕墙产品,并应用于位于深圳高新技术产业园区的方大集团科技中心大厦工程中,其是我国的第一幢光电幕墙建筑,对于该工程标高为九十七米,主要采用的光电幕墙有效面积已经达到了九十三点八平方米,设计峰值发电功率为十点三千瓦,对于这个产品是经过了国家的直接检测的,其具有很强的节能效果。
  近几年,太阳能电池的研究开发和生产飞跃地发展。保定英利新能源有限公司建成500MW的太阳电池生产线。对于我国科学院所研究非晶硅太阳电池转换效率下降机制已经取得了很好的成果,其能够将转换效率控制在百分之十以内。经过不限的努力,所研究的机纳米晶太阳电池得到很大的提升,其能够将转换率控制在百分之五点四八以内,取得很大的进步。
  就目前的情况来看,我国的科学技术得到很大的发展,在太阳电池生产能力和太阳能产品中都取得了很好的成果,包括非晶硅太阳电池和铜铟硒太阳电池以及有机纳米晶太阳电池。   3、光电幕墙设计选用及施工安装要点
  3.1、设计选用要点
  光电幕墙的选用和传统的建筑幕墙选用有很大的相似度,在选用过程中,要充分考虑建筑功能和立面效果。为充分的利用太阳能,要将光电幕墙安装在建筑受光照时间长的位置。光电幕墙玻璃面板可以采用非晶硅、多晶硅、单晶硅等电池进行复合,其中单晶硅的光电转换效率最高,非晶硅电池的光电转换率最小,但非晶硅电池的经济性比较强,因此,要根据实际情况,确定光电幕墙的电池材料。光带幕墙的内片可以设计成钢化玻璃,外片可以设计成低铁超白钢化玻璃,使用热熔胶当做中间胶合层的材料。
  3.2、安装施工要点
  光电幕墙面板的安装位置要严格的按照设计要求进行确定,确保光伏电池的正极、负极连接符合要求;光电幕墙面板的安装工艺必须符合JG3035标准、JGJ102标准的要求,电气系统的安裝要符合相关规范的要求,在设置电缆时,要确保电缆的位置和周围建筑的协调美观,同时要保证电缆容易检查维修。光电幕墙安装结束后,要在专业技术人员的指导下,进行试运行,确保光电幕墙系统的正常运行,在试运行过程中,要严格的按照相关操作规程进行操作。
  4、光电幕墙在建筑幕墙设计中的应用
  4.1、北京火车站南站光电幕墙工程
  北京南站房屋总建筑面积大约为三十五万平方米,新南站的建设主要突出的是环保、节能等理念,而对于很多的大型火车站中也逐渐的使用了太阳能发电,并效果良好。在高架候车亭屋顶中央采光带,设置太阳能光电板,总功率达到了三百五十千瓦。对于这些工程是完美的结合了太阳能光电板与建筑工程,从而不仅保持的屋顶结构的建筑风格和观赏性,同时还具有了世界一流的光伏建筑一体化系统水平。
  新南站建成后主要靠市政供电,太阳能发电系统将在白天开启,辅助解决车站用电问题。
  图3为北京火车站南站光电幕墙工程
  4.2、广东省科学中心光电幕墙工程
  广东科学中心的建筑秉承“绿色建筑”的理念,注重节能技术的应用,在通风系统设计、建筑围护、空调系统、可再生能源利用等方面采取了多项节能措施,项目设计方案被建设部评为“绿色建筑十佳设计方案”;建设项目荣获“广州市建筑节能示范工程”和建设部颁发的“2007中国建筑节能年度代表工程”称号。
  图4为广东省科学中心光电幕墙工程
  4.3、西安音乐学院光电幕墙工程
  2014年中航长江率先响应绿色装饰新潮流,成为江西首家光电幕墙承建企业。该学院智能化工程中的光伏幕墙工艺能使建筑白天进行蓄电,晚上可发电用于大楼照明办公,减少了30%的用电量,环保节能。
  总之,光电玻璃幕墙的产业化的发展与繁荣为替代能源技术的转移起到了重要的推动作用,为我国经济增长提供了新的动力,同时也为国家的节能减排、环境保护、构建和谐社会作出其应有的贡献,因此加强对其的研究是非常有必要的,需要引起我们的重视。
  参考文献:
  [1]周慧春.论光电幕墙在建筑幕墙设计中的发展及应用[D].苏州大学,2011.
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  [9]邱永忠.一种新型节能环保幕墙的开发设计—太阳能光电幕墙.门窗,2009(4)
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