讓建筑能成為能源

默片

隨著建筑節(jié)能日漸被重視，人們已經(jīng)不再滿(mǎn)足于“綠色建筑”的概念，近年來(lái)對(duì)于被動(dòng)式建筑不論中外，都有了非常多的探索，甚至于近零能耗建筑、凈零能耗建筑也時(shí)常被提起。

然而建筑終究是要消耗能源的，要實(shí)現(xiàn)凈零能耗建筑，只一味地“被動(dòng)防守”是不行的，只有能主動(dòng)生產(chǎn)能源，才能真的做到凈零能耗。

建筑產(chǎn)生能源的方式，目前最為成熟的便是對(duì)于太陽(yáng)能的利用，將建筑與光伏相結(jié)合。光伏建筑一體化（即BIPV Building Integrated PV，PV即Photovoltaic）是一種將太陽(yáng)能發(fā)電（光伏）產(chǎn)品集成到建筑上的技術(shù)。

早在2000年，國(guó)內(nèi)便有了光伏屋頂，既將光伏發(fā)電板安裝在屋頂上，其好處就是在不占用面積的同時(shí)還能發(fā)電，據(jù)相關(guān)組織估算，我國(guó)裸露屋頂?shù)拿娣e是100億平方米，如果能夠利用起來(lái)，將提供非常可觀的發(fā)電量。“屋頂上‘蓋了一層光伏電池板，也避免屋頂?shù)耐咂L(fēng)吹雨淋太陽(yáng)曬，對(duì)于屋頂?shù)谋Ｗo(hù)也有一定的作用。”發(fā)電的同時(shí)還有降溫、“保護(hù)”屋頂，的“副作用”，一旦太陽(yáng)能光伏電站發(fā)電后，光伏板上的熱能有20%左右直接轉(zhuǎn)化為電能，能夠轉(zhuǎn)導(dǎo)到屋頂?shù)臒崮軙?huì)更加少，高溫天降溫的效果會(huì)更好。

目前國(guó)內(nèi)已有許多光伏屋頂?shù)捻?xiàng)目落成，特別是近年來(lái)在“光伏扶貧”的推進(jìn)下，光伏屋頂項(xiàng)目發(fā)展非常迅速。不過(guò)這些項(xiàng)目大多還只是在屋頂上安裝光伏發(fā)電板，而直接將光伏材料與建筑屋頂一體化的構(gòu)思也是由來(lái)已久。

在2016年，特拉斯便率先推出了太陽(yáng)能屋頂，這種“太陽(yáng)能屋頂”與傳統(tǒng)的高端屋頂基本無(wú)差別，只是將太陽(yáng)能電池嵌入玻璃表面，從而吸收太陽(yáng)能。據(jù)特拉斯官方公布的數(shù)據(jù)看，相比傳統(tǒng)光伏發(fā)電板與屋頂相結(jié)合的形式，這種“太陽(yáng)能屋頂”可能更為便宜，它使用壽命是普通屋頂?shù)?倍，特拉斯還承諾終生保修。據(jù)演示視頻顯示，特斯拉的太陽(yáng)能瓦片比傳統(tǒng)屋頂材料更有彈性，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谏a(chǎn)過(guò)程中使用了韌性玻璃所致，可以抵抗4級(jí)冰雹的沖擊。

建筑物有很多暴露在陽(yáng)光下的表面積，為什么要停在屋頂太陽(yáng)能電池板上呢？

面對(duì)這一顯而易見(jiàn)的問(wèn)題，埃克塞特大學(xué)的可再生能源專(zhuān)家開(kāi)發(fā)一種開(kāi)創(chuàng)性的新技術(shù)，可以通過(guò)最新的建筑集成光伏（BIPV）加速?gòu)V泛引入凈零能耗建筑，其目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)節(jié)省空間產(chǎn)品， 該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種創(chuàng)新的名為Solar Squared的玻璃磚，研發(fā)人員將太陽(yáng)能技術(shù)直接集成到這些玻璃塊中，不僅可以讓光線進(jìn)入室內(nèi)，與此同時(shí)還可以產(chǎn)生能量。

Solar Squared是一種嵌入近半透明光伏太陽(yáng)能電池的模塊化玻璃磚，它可以使原本不顯眼的建筑材料能夠儲(chǔ)存太能陽(yáng)，同時(shí)讓自然光線照射并提供一些隔熱效果， 這對(duì)于被動(dòng)式建筑來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。它們的結(jié)構(gòu)允許它們垂直安裝（即在墻壁而不是在屋頂上），使它們即使在密集的城市環(huán)境中也能捕獲太陽(yáng)能。最為重要的是，Solar Squared模塊具有智能光學(xué)器件，使其能夠捕獲大量的太陽(yáng)光漫射成分，可將入射的太陽(yáng)輻射聚焦到小型太陽(yáng)能電池上，透明磚塊內(nèi)部的每個(gè)光學(xué)元件，幾乎可以把一天中射入的所有太陽(yáng)光都聚焦到太陽(yáng)能電池上，從而提高每個(gè)太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的總能量。此外，它內(nèi)部的所有單元都連接在一起，并且磚塊本身可以彼此連接，不僅可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，還可以將電能反向輸送至電網(wǎng)。

除了墻壁和屋頂，窗戶(hù)也是一個(gè)與陽(yáng)光有著密切接觸的建筑部件，就在今年7月，華南理工大學(xué)教授葉軒立團(tuán)隊(duì)聯(lián)合教授黃飛團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種同時(shí)具備發(fā)電和隔熱效果的半透明薄膜太陽(yáng)電池。據(jù)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》報(bào)道：這類(lèi)電池薄膜不僅具有高效的光電轉(zhuǎn)換效率，而且其隔熱效果也極為優(yōu)異。研究顯示，這種同時(shí)具備發(fā)電和隔熱效果的太陽(yáng)能電池薄膜理論上可使住戶(hù)節(jié)省超過(guò)五成的用電量。

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地選擇了一類(lèi)吸收邊延伸至900納米的窄帶隙非富勒烯受體作為在光吸收層中捕獲近紅外光的關(guān)鍵組分。近紅外光子的吸收不僅可使太陽(yáng)電池產(chǎn)生額外的光電流，同時(shí)也賦予此電池器件隔熱功能。另外，超薄金屬銀電極也對(duì)紅外光具有反射作用，可幫助重新反射部分近紅外光回到吸光層，進(jìn)一步增強(qiáng)器件的光電轉(zhuǎn)換效率及隔熱效果。為了盡可能多地吸收利用近紅外光，還可在銀電極后添加光學(xué)調(diào)控層。華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授葉軒立說(shuō)，他們將有機(jī)光伏材料制成半透明、輕質(zhì)的膜，使玻璃成為發(fā)電機(jī)和熱絕緣體。這種薄膜的隔熱率可在75%到90%的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，與市場(chǎng)中優(yōu)質(zhì)的太陽(yáng)隔熱膜水平相當(dāng)。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用高折射系數(shù)材料和低折射系數(shù)材料交替沉積，形成光學(xué)調(diào)控微腔，可在保持整體器件可見(jiàn)光透過(guò)率不變的條件下，進(jìn)一步降低紅外光透過(guò)率，從而再次增強(qiáng)太陽(yáng)電池器件薄膜的隔熱效果。

此外，在低光強(qiáng)照射下，這種薄膜的光電轉(zhuǎn)換效率反而更高，因此還有望利用夜晚的室內(nèi)燈光產(chǎn)生可觀電能。

據(jù)了解，建筑物消耗的電量占全球電力的40%以上。 這些新技術(shù)將無(wú)縫地集成到建筑物中，在讓建筑更節(jié)能的同時(shí)，還能制造產(chǎn)生新的能源。

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】D

【文章編號(hào)】1671-3362（2018）10-0060-02