王西聯(lián) 母文杰 張紅梅

在日本能源產(chǎn)業(yè)的結構變化，已從集中型大規(guī)模發(fā)電轉變成分散型發(fā)電?分散型能源的形式。尤其在建設產(chǎn)業(yè)的結構調(diào)整，已逐漸從豪華包裝開始向重視節(jié)約能源 +創(chuàng)造能源的結構建筑、建設重視 3R(Reuse，Reduce，Recycle)的樓房這樣一種方向發(fā)展。以樓房為代表的建筑物中，具有建材功能且有良好外形的、有示范性的太陽電池，即樓房用建材一體型太陽電池(BIPV)，在日本得到了迅速的發(fā)展。本文作者介紹了日本近年來BIPV應用現(xiàn)狀。

1 太陽光發(fā)電系統(tǒng)的特點

樓房用建材一體型太陽電池以公共及產(chǎn)業(yè)用建筑物為主體，如官方公共大廳設施、學校、體育館、醫(yī)院、福利設施、辦公大樓、工廠、商業(yè)設施、車站、飛機場、公共汽車車站等。

1.1 安裝位置

按位置分屋頂部分除了屋頂材料一體型外，還有 top light(天窗)型;墻壁部分可以有:掛窗簾的墻壁、正面墻、房檐墻壁、百葉窗墻壁、雙面墻壁的外側面等不同的方式。也可以利用采光性窗戶的一部分，此時不影響視野，模板從背面看上去美觀等都是很重要的。

1.2 創(chuàng)意性可以產(chǎn)生新的價值

樓房建材一體型開始普及是從德國為首的幾個歐洲國家開始的，在那里，樓房的間隙漏進的光被當作一種建筑形式使用，多數(shù)采用以采光型為主體、造型性高的模板。電池表面的顏色從藍色的多晶硅到在四角安裝圓形黑色單晶硅等不同的種類，另外將大小和顏色相結合，可以最大限度地按建筑家的造型要求進行安裝。在建筑參觀者將其當成新建材來看待的同時，又可以對環(huán)境做出貢獻，因此可以提高所有者及在此建筑中的企業(yè)的形象。

1.3 采光型特點

從電池片間的間隙進來的太陽光引入到建筑內(nèi)部的采光型模板具有以下的特點:

1)在兩塊強化玻璃之間的結晶系電池片用 EVA模夾住連接，在電池片的間隙間及模板的周邊可以得到適度的采光。

2)表面通常使用被強化了的高透光率的玻璃，即使有 5nm～6nm的厚度，也可以將少量的太陽光吸收進來。另外可以和背面的玻璃一起承受強度。為了能讓背面也能清楚地看到外面的景色，且能夠經(jīng)久耐用，一般都采用玻璃。

3)采光部分的電池片由于吸收了一部分的太陽能，因此作為有吸收熱輻射線的玻璃使用，可以達到使內(nèi)部空調(diào)節(jié)能的作用。

4)為了提高隔熱性能，通過與雙層玻璃的組合，使用三塊玻璃(聯(lián)合復層化)通過密封的空氣層作為隔熱層，可以達到節(jié)能的效果，還可以達到防止結露的目的。當雙層玻璃用在防火區(qū)域中，或者防止頂部窗玻璃脫落時，可以組合成加入網(wǎng)的雙層玻璃。

5)窗戶上使用房檐等時，有可能同時使用內(nèi)部適度的遮擋效果和采光效果?？梢栽谙奶鞎r采用隔熱而冬天減少在夜間由于光線減少引起的下降，從兩方面達到節(jié)能。

6)使用天窗及火車站的陽臺屋頂?shù)葧r，可以不要白天的照明，只按照晚上照明費用的多少來計算。

2 進一步提高采光型模板價值的方法

2.1 沒有窗框的模板

具有開放感?高檔感的玻璃加工法多數(shù)采用通過開孔點支撐的結構、無孔的點支撐結構和構造用硅結構的無窗框構造。日本大約從 1998年開始普及加工法，如果仔細研究的話，作為太陽電池是合適的加工法，這是因為可以發(fā)揮:沒有使用框架時所產(chǎn)生的陰影，因此對發(fā)電性能不產(chǎn)生影響;不會因框架而產(chǎn)生雨水及灰塵的滯留等特點。

2.2 大型模板

作為建材為了適應設計者的要求，今后慢慢會有必要提供超過 2m×1m的大型模板。一般為了提高開放感，在樓房開口部分的玻璃為 4m×3m左右的大小，與此相當?shù)拇笮【涂梢宰鳛樽畲蟪叽绲哪繕恕?/p>

2.3 高耐久性措施

以無窗框為目的的模板通常與強化玻璃進行組合是其基本的方法。周邊部分通常也用作采光空間。在使背面玻璃透濕的可能性為零的同時，從玻璃框到電池片的電氣產(chǎn)品，都用 EVA進行填充，且保持相當遠的距離，因此認為可以忽略漏電引起麻煩的可能性。另外，無窗框結構時的EVA膜不管雨天有多少白霧，晴天時都會變得清潔;在實際的霧天不起白霧，也不會引起電氣上的漏電現(xiàn)象;不會引起最近的EVA變黃等麻煩。因此，可以認為 EVA有可能成為可以期待的唯一安定的中間膜。

2.4 與屋頂綠化共存

屋頂綠化具有如下的效果:1)從植物以及土壤層擴散出來的水分，可以吸收蒸發(fā)潛熱，因此可以防止熱島(heat island)效應;2)由植物生長及土壤層起到的隔熱效果可以使內(nèi)部的空調(diào)達到節(jié)能的效果;3)由于植物生長產(chǎn)生的庭園性能及輔助治療的效果。而且，太陽光發(fā)電的CO2減少量根據(jù)火力發(fā)電所CO2的產(chǎn)生量(180 g-C/kW?h)計算出。結果太陽光發(fā)電比森林有約 200倍的減少效果，有絕對的優(yōu)勢。

2.5 適用于學校教室的窗檐

在學校采用 BIPV，作為在造型上面下功夫的例子考慮了如下的方法:

1)南面的窗戶上方設置水平的 BIPV，可以確保其上部的采光。用此方法可以在冬天反射較低入射角的太陽光，使教室深處的天井明亮，可以不需要電照明。在防止夏天的太陽光(熱)入射的同時，還可以在冬天最大限度地確保太陽光(熱)的入射。通過在無框架等支撐結構上面下功夫，實現(xiàn)造型性豐富的窗檐以及校舍。

2)為了遮擋西下的太陽，可以通過將窗戶的外側設置成朝西方向的縱向型窗戶(louver)，用采光型模板、無窗框結構，可以同時確保采光和夏天西部光線的遮擋。

3)在窗戶和窗戶間的墻壁部分(腰部)及朝西的壁面的外側空隙間通過垂直設置，可能提高造型性能，且可以通過安裝隔熱性能的壁材，實現(xiàn)隔熱的功能。這一技術有可能在今后增加的古香古色的樓房壁面的更新中得到應用。

4)從屋頂上面空出一定距離進行設置，通過這樣稀疏的放置，可以提高隔熱效果，且模板下部可以用作綠化部分或其他功能。

2.6 與公園、綠地、生物園等的共存

除上述應用以外，在公園、綠地、生物園等地方，與系統(tǒng)供電相比，建議作為獨立電源，設置采光型太陽光發(fā)電作為涼亭、走廊、板凳等上面的藤架造型。作為發(fā)電電力的用途，可以考慮夜間的照明及噴水、灑水、流水等各種各樣的用途，這些有可能直接作為直流電源加以利用。

3 太陽電池在設計、技術、施工方面的特點

3.1 設計階段應該注意的事項

在基本設計中，作為建筑家的概念有“與環(huán)境友好建筑”及“新型建材”等，為了具體地體現(xiàn)這些概念，與魅力性、隔熱性、節(jié)能性等相對應的模板安裝位置和支撐方法、電池片的創(chuàng)意性及其排列、采光的方法等都值得研究。在詳細的設計階段，為了得到最適當?shù)碾妷褐?，先進行直線型設計，然后邊研究選定動力調(diào)節(jié)器、配線在哪里通過、如何讓其在外觀上看不到、建筑物上的貫通部分在哪里、如何通過、集電箱及動力調(diào)節(jié)器在哪里放置、如果與系統(tǒng)聯(lián)系的話電氣室的配置如何進行、如何接地等有關整體費用的設計思想，要結合主人所追求的價值進行詳細的研究。

3.2 最佳設計和導入之前應注意事項

全體費用的最優(yōu)化以及使施工順利進行的最佳設計，通常要與系統(tǒng)的整體一起估計。因此建筑設計者、設備設計者、模板廠家、電器廠家、施工者等要提前進行密切的聯(lián)系，積極地引導結晶型電池大型化的動向以降低費用。

3.3 施工時應注意事項

建材一體型的施工中，完成質(zhì)量、精度等是非常重要的關鍵點，為了使設計思想充分活躍，使施工不存在不合理現(xiàn)象，從進行模板的設計、制造場所到施工都要有責任地進行，采用材料工程一貫的責任制。

4 今后的展望

太陽光發(fā)電費用依然居高不下是唯一存在的問題。即使是建材一體型，也常常有必要把其當成高級建材來認可，所以不可避免地比標準模板具有更高的價格。今后隨著導入量的增大、電池片的大型化、薄膜系片的導入等，成本會逐漸地下降是無可非議的，但同時為了彌補成本高的缺點、進一步提高使用價值、促進其普及，有必要研究各種各樣的方法和策略。

[1] 濱川圭弘.太陽能光伏電池及其應用[M].北京:科學出版社，2008:194.