基于有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑

馬良++徐瑩鑫

摘 要：近幾年我國(guó)建筑行業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但是同時(shí)我國(guó)的建筑資源消耗大、能源浪費(fèi)的情況十分嚴(yán)重。數(shù)據(jù)分析顯示，在我國(guó)總能源消耗中，建筑能源的消耗占比巨大。因此，在建筑行業(yè)還存在巨大的節(jié)能空間。而被動(dòng)式建筑的出現(xiàn)則大大減少了能源的消耗，由于其低能耗以及優(yōu)越的性價(jià)比符合生態(tài)生活的理念，使得被動(dòng)式建筑大量出現(xiàn)。本文在對(duì)有機(jī)光伏電池以及被動(dòng)式建筑充分分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑的理念，以供參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)光伏電池 被動(dòng)式建筑 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0060-02

通常被動(dòng)式建筑一般指那些采用自然光源、自然通風(fēng)以及利用太陽(yáng)能或者室內(nèi)各種非供暖熱源等一些被動(dòng)式技術(shù)手段來(lái)提高建筑的保溫、隔熱、氣密性能以及實(shí)現(xiàn)將室內(nèi)供暖和制冷需求降至最低的一些建筑。目前國(guó)際上關(guān)于被動(dòng)式建筑的定義一般理解為按照德國(guó)PHI技術(shù)體系建造的低能耗建筑。通常來(lái)講，被動(dòng)式建筑要滿足以下三個(gè)方面的要求：首先就是供暖需求：供暖需求≤15kWh/（m2·a）或熱負(fù)荷≤10W/m2當(dāng)采用空調(diào)時(shí)，對(duì)供冷需求的要求與供暖需求一致。其次就是使得建筑的能源用量降低到一定程度，滿足建筑一次能源用量≤120kWh/（m2·a）。再次是要使得建筑氣密性滿足N50≤0.6，最后要滿足超溫頻率（25）≤10%。

1 有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑結(jié)構(gòu)分析

本文提出的基于有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。包括地板、墻板及屋面板，墻板及屋面板上均設(shè)有新型有機(jī)光伏電池，新型有機(jī)光伏電池的輸出端與低壓供電系統(tǒng)連接；低壓供電系統(tǒng)包括光伏匯流箱、直流配電柜和多個(gè)直流用電設(shè)備，其中新型有機(jī)光伏電池的輸出端連接于光伏匯流箱，光伏匯流箱連接于直流配電柜，直流配電柜連接于多個(gè)直流用電設(shè)備，直流配電柜內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)能電池。此外，在本文中提出的有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑采用新型的反式單層元件作為有機(jī)光伏電池，較傳統(tǒng)的光電池來(lái)說(shuō)可以大幅度提升光電轉(zhuǎn)換效率。而且在屋頂、墻板上等多個(gè)地方放置有機(jī)光伏電池，充分利用光能。

其中墻板包括一個(gè)或者多個(gè)墻體，墻體為一方形板，內(nèi)設(shè)有一空腔，且空腔內(nèi)設(shè)有插槽，墻體外側(cè)邊設(shè)置有用于與其他墻體固定連接的安裝機(jī)構(gòu)，然后在插槽內(nèi)固定安裝架，最后將新型有機(jī)光伏電池設(shè)置在安裝架上。除此之外，在墻板上還布設(shè)了中空百葉窗，百葉窗上面新型有機(jī)光伏電池，通過(guò)導(dǎo)線與控制裝置連接，通過(guò)與傳感器組件用于測(cè)量室內(nèi)的溫度、濕度、光照度，其與所述控制裝置連接。最后，本文提出的基于有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑結(jié)構(gòu)上還包括太陽(yáng)能集熱器、等離子體凈化器和新風(fēng)系統(tǒng)。太陽(yáng)能集熱器安裝于所述墻板和/或所述屋面板上；等離子體凈化器和所述新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置于室內(nèi)；太陽(yáng)能集熱器通過(guò)與熱水器、水泵、蓄熱裝置的連接組成了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)回路將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成熱水并通過(guò)所述蓄熱裝置蓄存?zhèn)溆谩?/p>

2 有機(jī)光伏電池被動(dòng)式建筑關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 建筑低壓供電系統(tǒng)

本文提出的有機(jī)光伏電池被動(dòng)式建筑墻板及屋面板上均設(shè)有新型有機(jī)光伏電池（當(dāng)需要有多層建筑時(shí)，只在最頂層的屋面板上設(shè)有新型有機(jī)光伏電池）。且新型有機(jī)光伏電池的輸出端與低壓供電系統(tǒng)連接。低壓供電系統(tǒng)設(shè)置于室內(nèi)，其包括光伏匯流箱、直流配電柜和多個(gè)直流用電設(shè)備，其中有機(jī)光伏電池的輸出端與光伏匯流箱連接，然后光伏匯流箱連接于直流配電柜，接著直流配電柜再與多個(gè)直流用電設(shè)備相連接，同時(shí)在直流配電柜內(nèi)設(shè)有儲(chǔ)能電池。此外，有機(jī)光伏電池包括多個(gè)串聯(lián)的反式單層元件，每?jī)蓚€(gè)反式單層元件之間通過(guò)連接件進(jìn)行連接，且反式單層元件包括第一電極、第二電極以及位于二者之間的電子傳遞層、光活性層和電洞傳遞層，其中第一電極為銀金屬電極，第二電極為ITO電極，光活性層由P型高分子半導(dǎo)體材料制備而成。一般的光活性層由PV2000材料制備而成。

2.2 建筑中空夾膠玻璃結(jié)構(gòu)

在新的有機(jī)光伏電池被動(dòng)式建筑的墻體上設(shè)有中空夾膠玻璃，分別為第一鋼化玻璃層和第二鋼化玻璃層以及第一有機(jī)光電池層和第二有機(jī)光電池層；其中第一有機(jī)光電池層通過(guò)膠質(zhì)層以?shī)A膠形式與第一鋼化玻璃層和框架結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起，然后第二有機(jī)光電池層通過(guò)膠質(zhì)層以?shī)A膠形式與第二鋼化玻璃層和框架結(jié)構(gòu)粘結(jié)在一起。所需粘結(jié)的框架結(jié)構(gòu)為中空結(jié)構(gòu)，其外邊緣設(shè)有通孔和連接器，且第一有機(jī)光電池層和第二有機(jī)光電池層的正負(fù)極引線通過(guò)框架上的通孔或連接器處引出并與光伏匯流箱連接。而且第一有機(jī)光電池層與第二有機(jī)光電池層均為新型有機(jī)光伏電池。當(dāng)光照比較充足時(shí)，由于有機(jī)光電池層吸收的熱量比較多，低輻射膜層可以防止熱量進(jìn)入室內(nèi)，避免增加室內(nèi)空調(diào)的壓力。

2.3 建筑中空百葉窗結(jié)構(gòu)

中空百葉窗設(shè)置在墻板上，主要有窗體和控制裝置，窗體包括內(nèi)層鋼化玻璃、外層鋼化玻璃、遮陽(yáng)簾和傳感器組件。其中遮陽(yáng)簾設(shè)置在內(nèi)層鋼化玻璃和外層鋼化玻璃之間，包括多個(gè)百葉片、升降控制繩以及導(dǎo)線，升降控制繩與百葉片為活結(jié)連接。此外，在百葉片上設(shè)有新型有機(jī)光伏電池，光伏電池通過(guò)導(dǎo)線與控制裝置連接，所布設(shè)的傳感器用于測(cè)量室內(nèi)的溫度、濕度、光照度，然后將這些信息反饋給控制裝置，控制裝置根據(jù)傳感器反饋的信息來(lái)調(diào)節(jié)百葉窗的開(kāi)度大小等?？刂蒲b置包括蓄電池、光伏控制器、中心控制器、舵機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其光伏控制器、中心控制器，以及舵機(jī)均與蓄電池連接。不同于電動(dòng)機(jī)，舵機(jī)的控制精度更高，可以精確控制百葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。而且為了保證舵機(jī)避免與中心控制器的相互干擾，二者可以分別使用不同的電源進(jìn)行供電，即舵機(jī)的供電裝置可以是外接電源。當(dāng)晴天太陽(yáng)強(qiáng)烈時(shí)，遮陽(yáng)簾打開(kāi)遮陽(yáng)，有機(jī)光電池片吸收太陽(yáng)能通過(guò)導(dǎo)線傳遞到光伏控制器再輸入蓄電池；當(dāng)遮陽(yáng)簾需要關(guān)閉卷起時(shí)，蓄電池給中心控制器供電，由中心控制器驅(qū)動(dòng)舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，舵機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)卷線控制軸從而實(shí)現(xiàn)遮陽(yáng)簾的關(guān)閉卷起。整體構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保。而且新增傳感器組件的設(shè)計(jì)也使得其可以綜合室內(nèi)的采光度、溫度、濕度等因素，繼而由中心控制器進(jìn)行分析并計(jì)算角度，而后經(jīng)由舵機(jī)控制百葉窗的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，保證室內(nèi)環(huán)境適宜。另外，控制面板和遙控終端的設(shè)計(jì)也更加便于使用者操作，智能化和人性化程度更高。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著節(jié)能建筑以及低能耗建筑的大量推廣，被動(dòng)式建筑由于其低能耗以及優(yōu)越的性價(jià)比符合生態(tài)生活的理念，開(kāi)始大量普及。本文在對(duì)有機(jī)光伏電池以及被動(dòng)式建筑充分分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于有機(jī)光伏電池的被動(dòng)式建筑的理念，采用新型的反式單層元件作為有機(jī)光伏電池，較傳統(tǒng)的光電池來(lái)說(shuō)可以大幅度提升光電轉(zhuǎn)換效率。而且在屋頂、墻板上等多個(gè)地方放置有機(jī)光伏電池，可以最大化利用光能，為被動(dòng)式建筑的發(fā)展提供一些思路及建議。

參考文獻(xiàn)

[1] 張翠.有機(jī)光伏電池：中國(guó)，103811660A[P].2014.

[2] 孫景志，汪茫，周雪琴，等.值得關(guān)注的有機(jī)光伏電池材料[J].材料導(dǎo)報(bào)，2002，16（2）：49-53.

[3] 張會(huì).被動(dòng)式建筑發(fā)展相關(guān)問(wèn)題探討[J].科學(xué)中國(guó)人， 2016（30）：152.

[4] 李琳，劉偉.被動(dòng)式超低能耗建筑發(fā)展中的問(wèn)題及對(duì)策研究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2017，16（5）：65-66.

[5] 楊光，劉慶華.我國(guó)被動(dòng)式建筑發(fā)展的制約因素及對(duì)策研究[J].城市建筑，2015（22）：122-123.endprint