华南理工大学有机光伏电池效率达到8.4 BIPV中国 太阳能光伏建筑应用...
马良++徐莹鑫
摘 要：近几年我国建筑行业得到了突飞猛进的发展，但是同时我国的建筑资源消耗大、能源浪费的情况十分严重。数据分析显示，在我国总能源消耗中，建筑能源的消耗占比巨大。因此，在建筑行业还存在巨大的节能空间。而被动式建筑的出现则大大减少了能源的消耗，由于其低能耗以及优越的性价比符合生态生活的理念，使得被动式建筑大量出现。本文在对有机光伏电池以及被动式建筑充分分析的基础上，提出了一种基于有机光伏电池的被动式建筑的理念，以供参考。
关键词：有机光伏电池 被动式建筑 节能
中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0060-02
通常被动式建筑一般指那些采用自然光源、自然通风以及利用太阳能或者室内各种非供暖热源等一些被动式技术手段来提高建筑的保温、隔热、气密性能以及实现将室内供暖和制冷需求降至最低的一些建筑。目前国际上关于被动式建筑的定义一般理解为按照德国PHI技术体系建造的低能耗建筑。通常来讲，被动式建筑要满足以下三个方面的要求：首先就是供暖需求：供暖需求≤15kWh/（m2·a）或热负荷≤10W/m2当采用空调时，对供冷需求的要求与供暖需求一致。其次就是使得建筑的能源用量降低到一定程度，满足建筑一次能源用量≤120kWh/（m2·a）。再次是要使得建筑气密性满足N50≤0.6，最后要满足超温频率（25）≤10%。
1 有机光伏电池的被动式建筑结构分析
本文提出的基于有机光伏电池的被动式建筑整体结构如图1所示。包括地板、墙板及屋面板，墙板及屋面板上均设有新型有机光伏电池，新型有机光伏电池的输出端与低压供电系统连接；低压供电系统包括光伏汇流箱、直流配电柜和多个直流用电设备，其中新型有机光伏电池的输出端连接于光伏汇流箱，光伏汇流箱连接于直流配电柜，直流配电柜连接于多个直流用电设备，直流配电柜内设有储能电池。此外，在本文中提出的有机光伏电池的被动式建筑采用新型的反式单层元件作为有机光伏电池，较传统的光电池来说可以大幅度提升光电转换效率。而且在屋顶、墙板上等多个地方放置有机光伏电池，充分利用光能。
其中墙板包括一个或者多个墙体，墙体为一方形板，内设有一空腔，且空腔内设有插槽，墙体外侧边设置有用于与其他墙体固定连接的安装机构，然后在插槽内固定安装架，最后将新型有机光伏电池设置在安装架上。除此之外，在墙板上还布设了中空百叶窗，百叶窗上面新型有机光伏电池，通过导线与控制装置连接，通过与传感器组件用于测量室内的温度、湿度、光照度，其与所述控制装置连接。最后，本文提出的基于有机光伏电池的被动式建筑结构上还包括太阳能集热器、等离子体净化器和新风系统。太阳能集热器安装于所述墙板和/或所述屋面板上；等离子体净化器和所述新风系统设置于室内；太阳能集热器通过与热水器、水泵、蓄热装置的连接组成了太阳能热水系统回路将太阳能转化成热水并通过所述蓄热装置蓄存备用。
2 有机光伏电池被动式建筑关键技术分析
2.1 建筑低压供电系统
本文提出的有机光伏电池被动式建筑墙板及屋面板上均设有新型有机光伏电池（当需要有多层建筑时，只在最顶层的屋面板上设有新型有机光伏电池）。且新型有机光伏电池的输出端与低压供电系统连接。低压供电系统设置于室内，其包括光伏汇流箱、直流配电柜和多个直流用电设备，其中有机光伏电池的输出端与光伏汇流箱连接，然后光伏汇流箱连接于直流配电柜，接着直流配电柜再与多个直流用电设备相连接，同时在直流配电柜内设有储能电池。此外，有机光伏电池包括多个串联的反式单层元件，每两个反式单层元件之间通过连接件进行连接，且反式单层元件包括第一电极、第二电极以及位于二者之间的电子传递层、光活性层和电洞传递层，其中第一电极为银金属电极，第二电极为ITO电极，光活性层由P型高分子半导体材料制备而成。一般的光活性层由PV2000材料制备而成。
2.2 建筑中空夹胶玻璃结构
在新的有机光伏电池被动式建筑的墙体上设有中空夹胶玻璃，分别为第一钢化玻璃层和第二钢化玻璃层以及第一有机光电池层和第二有机光电池层；其中第一有机光电池层通过胶质层以夹胶形式与第一钢化玻璃层和框架结构粘结在一起，然后第二有机光电池层通过胶质层以夹胶形式与第二钢化玻璃层和框架结构粘结在一起。所需粘结的框架结构为中空结构，其外边缘设有通孔和连接器，且第一有机光电池层和第二有机光电池层的正负极引线通过框架上的通孔或连接器处引出并与光伏汇流箱连接。而且第一有机光电池层与第二有机光电池层均为新型有机光伏电池。当光照比较充足时，由于有机光电池层吸收的热量比较多，低辐射膜层可以防止热量进入室内，避免增加室内空调的压力。
2.3 建筑中空百叶窗结构
中空百叶窗设置在墙板上，主要有窗体和控制装置，窗体包括内层钢化玻璃、外层钢化玻璃、遮阳帘和传感器组件。其中遮阳帘设置在内层钢化玻璃和外层钢化玻璃之间，包括多个百叶片、升降控制绳以及导线，升降控制绳与百叶片为活结连接。此外，在百叶片上设有新型有机光伏电池，光伏电池通过导线与控制装置连接，所布设的传感器用于测量室内的温度、湿度、光照度，然后将这些信息反馈给控制装置，控制装置根据传感器反馈的信息来调节百叶窗的开度大小等。控制装置包括蓄电池、光伏控制器、中心控制器、舵机和执行机构。其光伏控制器、中心控制器，以及舵机均与蓄电池连接。不同于电动机，舵机的控制精度更高，可以精确控制百叶片的转动角度。而且为了保证舵机避免与中心控制器的相互干扰，二者可以分别使用不同的电源进行供电，即舵机的供电装置可以是外接电源。当晴天太阳强烈时，遮阳帘打开遮阳，有机光电池片吸收太阳能通过导线传递到光伏控制器再输入蓄电池；当遮阳帘需要关闭卷起时，蓄电池给中心控制器供电，由中心控制器驱动舵机运转，舵机运转带动卷线控制轴从而实现遮阳帘的关闭卷起。整体构造结构简单、操作方便、经济环保。而且新增传感器组件的设计也使得其可以综合室内的采光度、温度、湿度等因素，继而由中心控制器进行分析并计算角度，而后经由舵机控制百叶窗的转动角度，保证室内环境适宜。另外，控制面板和遥控终端的设计也更加便于使用者操作，智能化和人性化程度更高。
3 结语
随着节能建筑以及低能耗建筑的大量推广，被动式建筑由于其低能耗以及优越的性价比符合生态生活的理念，开始大量普及。本文在对有机光伏电池以及被动式建筑充分分析的基础上，提出了一种基于有机光伏电池的被动式建筑的理念，采用新型的反式单层元件作为有机光伏电池，较传统的光电池来说可以大幅度提升光电转换效率。而且在屋顶、墙板上等多个地方放置有机光伏电池，可以最大化利用光能，为被动式建筑的发展提供一些思路及建议。
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