【正文】 1 摘 要 太陽能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源，單臺太陽能熱水器已為人們的生活帶來很多方便，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑設(shè)計(jì)成坡屋面，其安裝和使用對城市景觀、建筑維護(hù)等帶來一系列問題，已經(jīng)滿足不了人們的需求和發(fā)展的要求。目前，我國太陽能的熱利用特別是太陽能光熱利用技術(shù)日趨成熟，而太陽能的利用和建筑一體化這項(xiàng)新的課題引起了各界、各地的關(guān)注和重視，科研、院校、能源開發(fā)等部門都在積極地探索，在工程實(shí)踐中嘗試，我們相信高科技的發(fā)展，太陽能必將得到更加科學(xué)的研究開發(fā)和廣泛的普及與推廣應(yīng)用，這項(xiàng)新的課題將為社會節(jié)約大量 能源，凈化環(huán)境，造福民眾。 所謂光伏業(yè)，就是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的簡稱。利用太陽能發(fā)電主要有兩種方式，一是利用光電池的電力(PVP)，即使用太陽能電池，使日光變?yōu)橹绷麟姷姆椒ǎ欢翘柲馨l(fā)電 (STP)，即把太陽的輻射線以蒸汽的形態(tài)直接變換為熱，再運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。在太陽能能源開發(fā)方面，目前 PVP法和 STP法是最有前途的，光伏業(yè)為主的太陽輻射熱是地球表面能源的 1％，但其長期潛在熱量被專家在 80年代推測為同地球上的石油加天然氣的熱量一樣大，都高達(dá) 30Q(Q是1018BTU，在 10億桶的石油中所含的能源為 )，且這 種能源是用之不竭的。由此可以推論，光伏業(yè)以及光伏業(yè)大公司的發(fā)展遠(yuǎn)景將是非常遠(yuǎn)大誘人的。然而在實(shí)際的全球能源使用中，太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)當(dāng)今所占比例仍然很低，太陽能發(fā)電大公司的拓展雖然迅速，但它們相比于傳統(tǒng)的發(fā)電業(yè)大公司來看，仍然處于十分弱小的地位，在全球化發(fā)展持續(xù)推進(jìn)的今天，研究如何完善光伏業(yè)大公司的全球拓展策略，是關(guān)于能源的開發(fā)、加工、轉(zhuǎn)換、輸送、貯存、分配和綜合利用的理論和技術(shù)研究的重要一環(huán)，在這一大課題的研究領(lǐng)域中，對日本、德國和中國大陸的光伏業(yè)大公司的策略作探討和比較，是有利于我國新能源政策的制定和改進(jìn)的 。 關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電 ， 光伏建筑一體化設(shè)計(jì) ， BIPV 的定議 2 太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化 前言： 隨著石化能源的逐漸枯竭，自然環(huán)境的惡化，人們越來越重視太陽能、風(fēng)能等可再生能源的利用。光伏建筑一體化建筑是光伏應(yīng)用形式中最接近人類生活的一種，其效果的好壞將直接影響到人們對光伏產(chǎn)品的映像。 一、光伏產(chǎn)業(yè) 光伏產(chǎn)業(yè)是一種環(huán)保型能源產(chǎn)業(yè)。就是利用太陽電池，不需要復(fù)雜的中間環(huán)節(jié)，就可以直接把光能轉(zhuǎn)換為電能，將太陽賦予的能量送到每一個(gè)地方。與其他常規(guī)能源相比，太陽能光伏發(fā)電具有明顯的優(yōu)越性：一是高度的清潔性， 發(fā)電過程中無污染、無噪音、無損耗，對保護(hù)環(huán)境極其有利；二是絕對的安全性，太陽光一照射太陽電池就能發(fā)電，對人、動植物無任何傷害；三是普遍的實(shí)用性，凡是能安裝太陽電池的地方就能實(shí)現(xiàn)“到處陽光到處電”的目標(biāo)，可廣泛用于通信、交通、海事、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，上至航天器，下至家用電器，大到兆瓦級電站，小到玩具，都能運(yùn)用光伏太陽能；四是資源的充足性，太陽的能量幾乎是取之不盡的 . 太陽能光伏建筑發(fā)電是新世紀(jì)的一種最重要的可再生能源，同時(shí)又是高科技在建筑中的應(yīng)用。人人都應(yīng)該了解它，熟悉它和利用它。從整體開看，我們要研究光伏太陽 能，是因?yàn)樘柲苁堑厍蛏蠈Νh(huán)境起保護(hù)作用的最重要能源，是“取之不盡，用之不竭”的可再生能源，同時(shí)又是唯一滿足宇宙空間中衛(wèi)星和航空器所需要的能源。隨著能源要求量的不斷增加，原有的傳統(tǒng)能源（如煤，石油，天然氣等礦物化學(xué)燃料）不但對環(huán)境已產(chǎn)生極其嚴(yán)重的污染，而且在不久的將來就會耗盡。所以我們必須研究和發(fā)張可再生能源，尤其是研究和發(fā)展太陽能。 二、太陽能技術(shù)的類型。 從應(yīng)用類型看，太陽能技術(shù)可分為太陽能發(fā)電、太陽能熱利用技術(shù)和太陽能空調(diào)技術(shù)三種類型： 一是太陽能發(fā)電。包括太陽能光伏發(fā)電和太陽能熱發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電 技術(shù)成熟，不論是離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)還是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)都有較大規(guī)模的應(yīng)用和實(shí)踐。太陽能熱發(fā)電技術(shù)目前尚處于商業(yè)化前夕，世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類：槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。預(yù)計(jì) 2020年前后，太陽能熱發(fā)電將在發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，并逐步向發(fā)展中國家擴(kuò)展。 3 二是太陽能熱利用技術(shù)。在歐洲、澳大利亞等國家的太陽熱水系統(tǒng)主要是作為輔助熱源與常規(guī)能源系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行在供應(yīng)生活和洗浴熱水的同時(shí)，還為建筑供暖。在中國、希臘、以色列等國家的太陽能熱水系統(tǒng)主要供應(yīng)生活和洗浴熱水。 三是太陽能空調(diào)技術(shù)。即直接利用太 陽能做為空調(diào)主機(jī)的動力，從而實(shí)現(xiàn)正常制冷制熱的空調(diào)技術(shù)。目前，大型的溴化鋰吸收式制冷機(jī)已實(shí)現(xiàn)太陽能利用，其它類型制冷機(jī)的太陽能利用技術(shù)正在開發(fā)研究中。 三、光伏發(fā)電原理 光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。 光投射到光伏材料上存在反射、吸收和透射三種可能。對于光伏元件來說，光的反射和透射都是損失 ，關(guān)鍵是要有效的吸收投射光，以產(chǎn)生電能供人們使用。在忽視反射的情況下，材料對光的吸收量取決于材料的吸收系數(shù)和材料厚度。太陽光在光伏材料中由于被吸收而使光強(qiáng)沿材料厚度方向不斷下降。 假定吸收光子使光強(qiáng)的減少量完全用于產(chǎn)生電子 空穴對，那么在薄片材料中電子 空穴對的產(chǎn)生量 G可以通過薄片的光強(qiáng)變化來計(jì)算。 電能 電功率的產(chǎn)生 — 光生載流子的收集 太陽光入射到太陽能電池會產(chǎn)生電子 空穴對，由于光生少數(shù)載流子必須在被復(fù)合之前就要跨過 PN結(jié)才能對外電路做貢獻(xiàn)，少數(shù)載流子一旦跨過 PN結(jié)會被收集。這時(shí)，如果外電路與太陽能電池連接就有電流產(chǎn)生并通過外電路收集到太陽能電池產(chǎn)生的光生電流。理想太陽能電池的光生電流就是沒有外加偏壓時(shí)的外電路電流。 電功率輸出 光生載流子本身不能升格為電功率（電能能源），例如檢測用的光電二極管可收集到很高的光生電流 I，但不能產(chǎn)生任何電功率。為了產(chǎn)生電功率 P，必須同時(shí)產(chǎn)生電壓 V和電流 I，這就是電功率 P=IV。 4 太陽能電池吸收了入射的太陽光子后產(chǎn)生了荷電的載流子，在外電路有電流和電壓，通過外電路的負(fù)載去做功。 世界 上所有的材料物質(zhì)都可以分為固體、液體和氣體，其中固體又可以分為導(dǎo)體和絕緣體。有一種材料，在低溫下是絕緣體，但這種材料加入雜質(zhì)、得到能量或加熱時(shí)就變成導(dǎo)體，這種材料叫做半導(dǎo)體?，F(xiàn)在實(shí)際使用的太陽能電池都由半導(dǎo)體材料制成。 用于太陽電池的半導(dǎo)體材料有單晶體，多晶體，非晶體三種形式。 1）單晶體 整塊晶片只有一個(gè)晶粒，晶粒內(nèi)的原子有次序的排列著，不存在晶粒邊界，單晶體要求嚴(yán)格的精制技術(shù)。 2）多晶體 多晶體的制備不要求那么嚴(yán)格的精制技術(shù)。一塊晶片含有許多晶粒，晶粒之箭存在邊界。由于邊界存在很大電阻，晶粒邊界會阻止 電流流動，或電流流經(jīng) PN 結(jié)時(shí)有旁路分流，并在禁帶內(nèi)有多余能級把光產(chǎn)生的一些帶電粒子復(fù)合掉。 3）非晶體 原子結(jié)構(gòu)沒有長序，材料含有未飽和的或懸浮的鍵。非晶體材料不能用擴(kuò)散 (加入雜質(zhì) )的方法改變材料導(dǎo)電類型。但加入氫原子會使非晶體中一部分懸浮鍵飽和，改變了材料的質(zhì)量。 PN結(jié) 在一塊半導(dǎo)體中，摻入施主雜質(zhì) (以硅硅為例，在高純硅的一端摻入一點(diǎn)點(diǎn)硼、鋁、鎵等雜質(zhì)就是 P 型半導(dǎo)體。在另一端摻入一點(diǎn)點(diǎn)磷、砷、銻等雜質(zhì)就是 N 型半導(dǎo)體），使其中一部分成為 N 型半導(dǎo)體。其余部分摻入受主雜質(zhì)而成為 P 型半導(dǎo)體， 單純的片 P 型或 N 型半導(dǎo)體，僅僅是導(dǎo)電能力增強(qiáng)了，但還不具備半導(dǎo)體器件所要求的各種特性。如果在一塊 N 型（或 P 型）半導(dǎo)體上在制成一層 P 型 (或 N 型 )半導(dǎo)體，于是在 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體的交界處就會形成一個(gè) PN 結(jié)。 太陽能電池的工作原理是，太陽光照在半導(dǎo)體 PN 結(jié)上，形成新的空穴 電子對，在PN結(jié)電場的作用下，空穴由 N區(qū)流向 P區(qū)，電子由 P區(qū)流向 N區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理。 四、光伏建筑一體化的定義 5 光伏建筑一體化 (BIPV)技術(shù)即將太陽能發(fā)電 (光伏 )產(chǎn)品集成到建筑上的技 術(shù)。 BIPV即 Building Integrated PV， PV 即 Photovoltaic。光伏建筑 — 體化 (BIPV)不同于光伏系統(tǒng)附著在建筑上 (BAPV： Building Attached PV)的形式。 光伏 — 建筑一體化（ BIPV）的形式與特點(diǎn) 在 80年代，光伏地面系統(tǒng)除大量用于偏僻無電地區(qū)、游牧家庭、航海燈塔、孤島居民供電以及某些特殊領(lǐng)域外，已開始進(jìn)入一般單獨(dú)用戶、聯(lián)網(wǎng)用戶和商業(yè)建筑。進(jìn)入 90年代后，隨著常規(guī)能源的日益枯竭而引起的發(fā)電成本上升和人們環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，一些國家紛紛開始實(shí)施、推廣 BIPV系統(tǒng)。 五、太陽能與建筑結(jié)合的特點(diǎn) 太陽能與建筑結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)包括： 1）能有效地減少建筑能耗； 2）電池板和集熱器安裝在屋頂或屋面上，節(jié)省了土地資源； 3）就地安裝、就地發(fā)電上網(wǎng)和供應(yīng)熱水，降低對市政配套的依賴； 4）沒有噪音，沒有排放，不消耗任何燃料，易于接受。 1）采用普通太陽能電池組件或集熱器，安裝在傾斜屋頂原來的建筑材料之上； 2)采用特殊的太陽能電池組件或集熱器，作為建筑材料安裝在斜屋頂上； 3)采用普通太陽能電池組件或集熱器，安裝在平屋頂原來的建筑材料之上； 4)采用特殊 的太陽能電池組件或集熱器，作為建筑材料安裝在平屋頂上； 5)采用普通或特殊的太陽能電池組件或集熱器，作為幕墻安裝在南立面上； 6）采用特殊的太陽能電池組件或集熱器，作為建筑幕墻鑲嵌在南立面上； 7)采用特殊的太陽能電池組件或集熱器，作為天窗材料安裝在屋頂上； 8）采用普通或特殊的太陽能電池組件或集熱器，作為遮陽板安裝在建筑上； ： 一種是建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合；另外一種是建筑與光伏器件相結(jié)合。 把封裝好的的光伏組件（平板或曲面板）安裝在居民住宅 或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負(fù)載等裝置相聯(lián)。光伏系統(tǒng)還可以通過一定的裝置與公共電網(wǎng)聯(lián)接。 6 簡易的屋頂太陽能實(shí)例 大型屋頂建筑實(shí)例 7 中國山東德州建筑實(shí)例 建筑與光伏的進(jìn)一步結(jié)合是將光伏器件與建筑材料集成化。一般的建筑物外圍護(hù)表面采用涂料、裝飾瓷磚或幕墻玻璃，目的是為了保護(hù)和裝飾建筑物。如果用光伏器件代替部分建材，即用光伏組件來做建筑物的屋頂、外墻和窗戶，這樣既可用做建材也可用以發(fā)電 ，可謂物盡其美。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可把其整個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)做成光伏陣列，選擇適當(dāng)光伏組件，既可吸收太陽直射光，也可吸收太陽反射光。目前已經(jīng)研制出大尺度的彩色光伏模塊，可以實(shí)現(xiàn)以上目的，還