1、太阳能电池论文薄膜太阳能电池论文 论太阳能电池片(晶体硅非晶硅)在建筑幕墙上的发展趋势 摘 要:目前用于建筑幕墙上的太阳能电池主要有两种:晶体硅和非晶硅,它们 都有各自的优缺点,如何区别选择应用到建筑幕墙上,既能够获得在最小面积具 有最大发电量,又能满足建筑幕墙的装饰效果和建筑功能的需要。 关键词:建筑幕墙:太阳能光伏组件:发电量:装饰效果:建筑功能 1 前言 建筑耗能占全部能耗领域在三分之一以上,如何降低建筑物能耗指标成为 节能减排和可再生能源的重要课题,而将节能减排和可再生能源两者结合一起 应用到建筑物上当数建筑幕墙是最恰当的选择。建筑幕墙是建筑物外围护体之 一,是建筑物室内与室外的屏障,
2、它的保温性能好坏,是整个建筑物的关键,做好 了它的保温隔热工作,是做好了节能的重要组成部分:建筑幕墙因完全暴露阳光 下,接受太阳光的直射,因此如何利用建筑采集太阳能发电,是可再生能源在建 筑物外墙利用的重要课题之一,随着中国的建筑幕墙由 90 年代年产量 500.600 万 m2,迅速增长到现在 5000-6000 万 m2,目前还在以 10-20%速度增长,如果我国 能够在这个数量基础上推广使用 10%左右光电幕墙,全国每年大约将有 500-600 万 m2 光电幕墙产生,年产电能约 50-70 亿 KWH,相当于 5-10 座中型火力发电站,可 以减排 Co2约 30 万 t,按此推算,如
3、果国家按十一五计划发展太阳能产业,它将 在我国的绿色、环保、节能方面产生巨大的社会效益。还有在建筑幕墙推广太 阳能发电是充分利用立体空间,建筑外壳能为光伏发电提供足够的面积,不需要 占用昂贵的土地资源,不需要专项投资电厂(如火力发电站),可在原地发电、原 地使用,减少电力输送的线路损耗及线路架设成本等。怎样让光电幕墙在建筑 物上真正做到清洁、完美、使人赏心悦目,容易被专业建筑师、用户和公众接 受,真正实现大面积推广光伏发电与建筑一体化工程,也就是本篇文章所要讨论 的重点。 2 光伏组件在建筑物应用的现状 2.1 太阳能电池的分类和性能。太阳能电池片经过加工后的产品就是光 伏组件,太阳能电池按基
4、本材料分为:晶体硅太阳能电池,非晶硅太阳能电池,微 晶硅太阳能电池。硒光电池,化合物太阳能电池,有机半导体太阳能电池等,目 前在建筑物使用的主要是晶体硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池,晶体硅电池 又分为单晶硅和多晶硅电池,非晶硅电池又分为单结、双结和多结电池。性能 方面晶体硅电池电能转换率可达 12-17%,但品种和颜色单一,可加工性差,弱光 下不能发电,低纬度地区不适宜选择:非晶硅电池转换率较差,只有 7-10%,但可 加工性好,对弱光和散射光适应度高,适宜在低纬度地区和阴湿天气较多地区选 用(如湖南、湖北、江西等地区)。晶体硅太阳能电池与非晶硅太阳能电池的性 能比较如表 1。 非晶硅电池主要
5、特点如下: 经过美国的 Uni-soIar system LLC,EnergyphotovoItaic corp,日本的 kanekt corp,荷能源研究所等权威机构证实,同样功率的晶体硅和非晶硅太阳 能电池阵列,非晶硅太阳电池比主要硅电池发电量多约 10%,如(图 1)所示更强 的弱光响应:非晶硅电池在低光照射条件下,如阳光不太强的早晨、傍晚、阴天 以及临近建筑物遮挡,也能有稳定电力输出。吸收光谱可见光范围广,如(图 2) 所示。 更优异的高温性能:当电池的工作温度升高时,两种电池都会出现 Pm 下降 的情况,但下降幅度是不同的。它们都可以用下面公式进行计算: Pmeffec=Pmx1+a
6、(T-25) 其中:Pmeffec,-为电池组件在 T 温度工作时(AM).5,1000W/m 2l 的最大输 出功率;Pm为电池组件在 25,标准测试条件下(AM).5。1000W/m 2)的最大 输出功率;a为电池组件的功率温度系数(非晶硅太阳电池最佳输出功率 Pm 的温度系数约为-0.19%,单晶硅、多晶硅电池最佳输出功率 Pm 的温度系数约为 -0.5%)。 举例说明:如果两种电池的 Pm 都是 1000W,都在 60C 的温度下工作,这时 晶硅电池的 Pm 降到 825W,非晶硅电池的 Pm 降到 933.5W。非晶硅电池多发电 108.SW。相当于多发电 13.2%。 视觉效果好:
7、颜色均匀,投影柔和(图 3,左图为晶硅电池,右图为非晶硅电 池)由于晶体硅电池板成块状且不透光,影响着室内的采光和室外的立面视觉, 很难在建筑物外立面广泛推广,目前在采光顶上有些应用,但从上图可以看出非 晶硅电池板有着视觉效果好用于大楼的立面也容易让建筑师和人们所接受,相 信大面积推广应用有着广泛的市场。遮挡会降低太阳能电池发电功率:太阳能 电池与建筑相结合,有时不可避免的会受到遮挡遮挡对于晶体硅太阳能电池 发电量影响很大,对于非晶硅的影响会小得多。一块晶体硅太阳能电池组件被 遮挡了 1/10 的面积,功率损失将达到 50%;而非晶硅受到同样的遮挡,功率损失 只有 10%。因此,如果太阳电池不
8、可避免的会被遮挡,应当尽量选用非晶硅电池。 非晶硅电池更经济:非晶硅组件的厚度为 3um,轻便和节省,适合未来建筑一体 化发展的需要:晶体硅电池的厚度为 300um,制作加工成幕墙组件比较困难,不 易封装,成品率低,还有非晶硅太阳能电池原料丰富,使用量少,价格只有晶体硅 一半左右。 2.2 太阳能建筑光伏组件的分类应用比较。太阳能光伏组件按太阳能电 池的类型可分为晶体硅太阳能光伏组件和非晶硅太阳能光伏组件,晶体硅太阳 能光伏组件(见图 5),主要应用电站屋顶和不需要采光的外墙面,由于晶体硅电 池片不透光,颜色单一,为了采光将电池片呈方阵排列,电池片之间留一定间隙。 就像立面上打了很多小补丁。从
9、建筑美观角度来说,晶体硅的光线不柔和,影像 也不太美观,见图 6 所示。 但晶体硅光伏组件用于采光顶(图 7),是有它的独特优势,既可遮阳,而且 电池片发电转换率高。 非晶硅太阳能光伏组件,由于非晶硅电池片具有可多样性加工,可通过激光 加工成点状、布纹状等,还可根据透光率高低,来确定点状密度、布纹状疏稀度 等,另外非晶硅电池片具有可切片的优点,可将非晶硅电池片裁成一条条窄片, 通过加工嵌入中空玻璃内腔中,形成百叶窗状,如图 8、图 9 所示,还可将百叶 状角度调整与不同纬度地区太阳结交成垂直而提高太阳能转换率,中空玻璃具 有保温节能作用,百叶片状能阻止太阳光直射而产生的辐射热,进步一步达到节
10、能效果,又不影响室内采光,又不影响外立面装饰效果。 下面再通过两组图(图 10、图 11)对比两种不同类型电池片组件视觉效果, 我们很容易体会到采用硅晶体电池片的光电幕墙很难推广的原因及 BIPV(光伏 与建筑一体化)工程很难在建筑幕墙大面积应用的原因置百叶式太阳能电池 片中空玻璃的创新(已申请实用新型专利)将是太阳能光伏发电与建筑幕墙一体 化工程大面积应用里程碑。 3 小结 从以上分析可以看出,不同类别的太阳能建筑光伏组件在建筑物上发展各 具特点,既能达到功率最大化,又能满足建筑外形美观和功能实用要求。随着太 阳能光伏发电产业的技术不断成熟及商业化市场增长,促使光伏发电产业成本 的不断降低,我们有理由相信太阳能光伏发电与建筑一体化工程前景将十分广 阔。
