光电幕墙演示文稿1

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我国1995年的发电量约为1亿MW·h，如果全部用太阳能电池发电，其接收面积约为 12500km2，比天津市还要大。以上数值表明，所需的面积是相当可观的，利用建筑幕 墙（屋顶）和太阳能电池相结合是解决接受面积的主要途径，因而光电幕墙（屋顶） 近年来发展相当迅速，已建成的一些实例工程有：
德国慕尼黑银行光电屋顶（照片一） 面积140m2，功率15kw 德国慕尼黑银行光电幕墙（照片二） 面积350m2，功率35kw
光电幕墙及光电屋 顶
——龙文志 龙文志—— 龙文志
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一 前言 光电幕墙（屋顶）是将传统幕墙（屋顶）与光生伏打效应（光电原理）相结 合的一种新型建筑幕墙（屋顶）。主要是利用太阳能来发电的一种新型的绿色的 能源技术。 能源是人类生存和发展的基础，传统的能源是以消耗地球的有限资源，同时又污 染人类生存环境为代价来生产，20世纪七十年代全球的能源危机，使世界很多国 家清醒地认识到：太阳能是一种绿色（清洁，无污染）丰富的自然能源，争相加 以开发和研究，因而太阳能电池从人造卫星发电开始向地面发电普及和应用， （见表一）
E
int
P
N
I
负载
PN结和光生伏打效应（图五）
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2.4光电电池（太阳电池）的效率 太阳电池的效率是指太阳电池的输出功率PM与投射到太阳电池面积上的功率Ps之比，其 值取决于工作点。通常采用的最大值作为太阳电池的效率，即： PM VM×IM η=ηmpp= = Ps Ps 如果太阳电池不工作于最大功率点，则太阳电池的实际效率都低于按此定义的效率值， 实际效率可能更低。 影响太阳电池的效率的因素很多，如日照强度、光谱、温度等，只有当这些因素都确定 时，太阳电池的效率才能被确定。下面分别讨论上述三种因素对太阳电池效率的影响： 日照强度S：其单位是W/m2，在大气层之外其值最大，称为太阳常数。在大气层之外的日 照强度为S≈1.37kw/m2。在地球表面的S值通常在零到1kw/m2之间变化。图六绘出了一 簇以多种不同S值为参数的特性曲线。由图可见，短路电流ISC随着日照度S的变化而有 较大改变，而空载电压VOC仅是随着S的变化而略有变化。如果进行粗略的简化，可以 表示为： （IM为负载最佳工作点的电流） ISC ~ IM ~ S 以及 VOC ~ VM ~ LnS 因此，太阳电池的效率也可以表示为： η=ηmpp ≈ S×LnS ≈ LnS S
图一：全世界1966年~1999年太阳能电池产量 （单位MWP）
250 200 150 100 50 0
99 1998 1997 1996 1995 1994 1993 1992 1991 1990 1989 1988 1987 1986 19
Crystalli ne Silicon Amorpous Silicon Compound Smiconduc iors Total Sipment
图二：世界主要太阳能电池公司1991年~1998年产量 (单位MWP)
25 20 15 10 5 0
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
Siemens,CzSi Solare x,poly-Si Kyocer a,poly-Si BP Solar,CzSi Sharp，Cz-Si Sanyo，aSi：H Photowatt， poly-Si
丹麦太阳公寓光电屋顶（照片三） 面积970m2，功率106kw
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英格兰迪旦弗尔德商场光电幕墙面积650m2，功率73kw （照片四、五、六）
照片五
照片六
照片四
德国旭格集团总部光电幕墙大楼（照片七）
悉尼奥运会主场馆全景(照片八)
悉尼奥运会主场馆光电ຫໍສະໝຸດ 全景(照片九)悉尼奥运会主场馆光电塔(照片十)
我国是1958年开始研究太阳能电 池，1971年3月发射的我国第二颗人 造卫星上开始空间应用，一直工作8 年直到卫星坠毁。太阳能电池的地面 应用开始1973年，1983~1986年间， 我国先后从国外引进7条生产线，使 太阳能电池具备了工业化生产能力。 截止1998年底，全国安装的太阳能电 池保有量为10MW，光电幕墙（屋顶） 到目前尚未有工程实例，由于悉尼的 奥运村采用了光电屋顶，预计北京的 奥运建筑正在探讨光电幕墙和光电屋 顶的使用计划。 我国拥有丰富的太阳能资源，陆 地表面每年接受的太阳辐射能为： 50*1018千焦（KJ），相当于 1700亿 吨标准煤，每年日照时间大于 2000h （小时），辐射总量高于586KJ/m2的 太阳能资源丰富地区和较丰富地区占 全国总面积的 2/3（表三，图三）尽 管目前我国光电幕墙（屋顶）市场正 在方兴未艾，但它具有强大的潜市场， 我们有理由预计，中国的光电幕墙， 光电屋顶及光电工程的在廿一世纪将 会得到迅猛的发展。
悉尼奥运会主场馆光电塔夜晚照明(照片十一)
悉尼奥运会主场馆光电塔瞬时功率和总发电量(照片十二)
墨尔本河岸的光电照明(照片十三)
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澳大利亚悉尼奥运会主场馆左右两侧有光电雨蓬，右侧外围有19个光电塔(照片八、照 片九) ，为主场馆外围在夜间提供足够的照明。每个光电塔有80 个兰色的光电板组成，每个 光电板有36个硅光电池，每个光电板的表面朝北，能使太阳的照射面积最大(照片十) 。当光 线照射时，每个光电池独立产生电能，光电电池方阵、蓄电池和6个逆变器共同组成电力照明 系统，将直流电转换为240伏交流电，白天，光线照射，光电池发电，向蓄电池充电；夜晚， 蓄电池向照明灯提供电能，每个光电塔发电量能够保证奥运会主场馆夜间的照明(照片十一) 。 光电塔上，有瞬时功率和建塔以来的总发电量的测量及显示(照片十二) ，从左边的瞬时功率 测量表可看出：晴天无云，瞬时功率为120kw；晴天有云，瞬时功率在120kw～40kw之间；阴 天，瞬时功率在40kw～10kw之间；多云下雨，瞬时功率为10kw；夜晚，即使有月亮，瞬时功 率也为0；拍照时，正值阴天下小雨，照片十二左边瞬时功率测量表的指针正好指向10kw。光
照片十四 单晶硅光电电池： 表面规则稳定， 通常呈黑色， 效率约14~17%
照片十五 多晶硅光电池： 结构清晰， 通常呈兰色 效率约12~14 %
照片十六 非硅晶光电电池： 透明，不透明或半透明 透过12%的光时，颜色 为灰色，效率为5~7%
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2.3硅晶光电电池原理 硅晶光电电池的原理是基于光照射到硅半导体PN结而产生的光伏效应（Photovoltraic Effect，缩写为PV），它的外形结构有圆形的和方形的两种，其结构如图（四）所示
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德国慕尼黑商贸中心的 6座大厦都装光电屋顶，共有7812 个无框架光电板，每个光电板共有84个单晶硅太阳能电池，输 出功率为130w，光电板总和峰值功率为1.016kw，光电板占屋 顶面积58%，发出的直流电经过逆变电器送至2万伏中压电网， 预计寿命20年，可减少2万吨的CO2排放量。（见Phptovoltaics Inside Report 1998 17（9）：3）。现在全世界能源约4/5由含 碳的矿物燃料产生，如果其用量年增长率为3%，预计到2020年 全世界的CO2排放量将增加40%，对人类生成环境将产生灾难 性后果，多次国际会议都在研讨减少CO2排放量和发展绿色能 源问题。光电幕墙（屋顶）的发展理所当然地被列为21世纪重 要绿色能源。 美国制订了百万光电屋顶，幕墙计划（见表二）。德国于 1999年开始10万光电屋顶光电幕墙计划，预计在6-8年完成，每 个系统定为5kw，总容量可达500MW；日本截止于1997年已建 立1600个光电屋顶，容量为37MW。预计到2010年，太阳能电 池产量将达到1800MW/年以上，年产值将超过42亿美元；光伏 系统保有量预计为：美国757MW，欧洲618MW，日本174MW。
阳光 栅状电极（负极）
减反射膜 P-N结 N型 层 P型 层 金属电极（正极）
图四 硅太阳电池结构
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这是一种N+/P型光电电池，它的基本材料为P型单晶硅，厚度在0.4mm以下，上表 面是N型层，是受光层，它和基体在交界面处形成一个PN结，在n型层上面制作金属栅 线，作为正面栅状电极（负极）在整个背面也制作金属膜，作为背面金属电极（正极）， 这样就形成晶体硅光电电池。为了减少光的反射损失，一般在整个表面上再覆盖一层减 反射膜。 当N型半导体和P型半导体紧密接触时，在交界处形成PN结：N型半导体的电子和P 型半导体的空穴，都会向对方扩散，从而形成一个内建电场。当光照射到PN结时，如果 光子的能量大于禁带宽度（对硅而言，其数值为1.1ev），满带中的电子就会被激发到导 带中去，形成由N区流向P区的内光致电流，光致电流使 N和P区分别积累了负电荷和正 电从而在PN结上形成附加的电势差，这就是光生伏打效应（PV），如果将PN结两端与 外电路相连，负载便会有电流通过，示意图见图五：
表三我国太阳辐射资源带 资源带号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 名称 资源丰富带 资源较富带 资源一般带 资源贫乏带 指标 ≥6700MJ/ （m2·a） 5400~6700MJ/ （m2·a） 4200~5400MJ/ （m2·a） ＜4200MJ/ （m2·a）
图三: 中国太阳能资源分布图
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二光电电池基本原理 光电幕墙（屋顶）的基本单元为光电板，而光电板是由若干个光电电池（又名太阳 能电池）进行串、并联组合而成的电池阵列，把光电板安装在建筑幕墙（屋顶）相应的 结构上就组成了光电幕墙（屋顶）。 2.1 光电现象： 1983年，法国物理学家 A. E贝克威尔观察到，光照在浸入电解液的锌电板产生了电 流，将锌板换成带铜的氧化物半导体，其效果更为明显。1954年美国的科学家发现从石 英提取出来的硅板，在光的照射下能产生电流，并且硅越纯，作用越强，并利用此原理 做了光电板，称为硅晶光电电池。 2.2 硅晶光电电池分类： 硅晶光电电池可分为单晶硅电池，多晶硅电池和非硅晶电池。
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