基于有機光伏電池的被動式建筑

馬良++徐瑩鑫

摘 要：近幾年我國建筑行業得到了突飛猛進的發展，但是同時我國的建筑資源消耗大、能源浪費的情況十分嚴重。數據分析顯示，在我國總能源消耗中，建筑能源的消耗占比巨大。因此，在建筑行業還存在巨大的節能空間。而被動式建筑的出現則大大減少了能源的消耗，由于其低能耗以及優越的性價比符合生態生活的理念，使得被動式建筑大量出現。本文在對有機光伏電池以及被動式建筑充分分析的基礎上，提出了一種基于有機光伏電池的被動式建筑的理念，以供參考。

關鍵詞：有機光伏電池 被動式建筑 節能

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（b）-0060-02

通常被動式建筑一般指那些采用自然光源、自然通風以及利用太陽能或者室內各種非供暖熱源等一些被動式技術手段來提高建筑的保溫、隔熱、氣密性能以及實現將室內供暖和制冷需求降至最低的一些建筑。目前國際上關于被動式建筑的定義一般理解為按照德國PHI技術體系建造的低能耗建筑。通常來講，被動式建筑要滿足以下三個方面的要求：首先就是供暖需求：供暖需求≤15kWh/（m2·a）或熱負荷≤10W/m2當采用空調時，對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 有機光伏電池的被動式建筑結構分析

本文提出的基于有機光伏電池的被動式建筑整體結構如圖1所示。包括地板、墻板及屋面板，墻板及屋面板上均設有新型有機光伏電池，新型有機光伏電池的輸出端與低壓供電系統連接；低壓供電系統包括光伏匯流箱、直流配電柜和多個直流用電設備，其中新型有機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直流用電設備，直流配電柜內設有儲能電池。此外，在本文中提出的有機光伏電池的被動式建筑采用新型的反式單層元件作為有機光伏電池，較傳統的光電池來說可以大幅度提升光電轉換效率。而且在屋頂、墻板上等多個地方放置有機光伏電池，充分利用光能。

其中墻板包括一個或者多個墻體，墻體為一方形板，內設有一空腔，且空腔內設有插槽，墻體外側邊設置有用于與其他墻體固定連接的安裝機構，然后在插槽內固定安裝架，最后將新型有機光伏電池設置在安裝架上。除此之外，在墻板上還布設了中空百葉窗，百葉窗上面新型有機光伏電池，通過導線與控制裝置連接，通過與傳感器組件用于測量室內的溫度、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光伏電池的被動式建筑結構上還包括太陽能集熱器、等離子體凈化器和新風系統。太陽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系統設置于室內；太陽能集熱器通過與熱水器、水泵、蓄熱裝置的連接組成了太陽能熱水系統回路將太陽能轉化成熱水并通過所述蓄熱裝置蓄存備用。

2 有機光伏電池被動式建筑關鍵技術分析

2.1 建筑低壓供電系統

本文提出的有機光伏電池被動式建筑墻板及屋面板上均設有新型有機光伏電池（當需要有多層建筑時，只在最頂層的屋面板上設有新型有機光伏電池）。且新型有機光伏電池的輸出端與低壓供電系統連接。低壓供電系統設置于室內，其包括光伏匯流箱、直流配電柜和多個直流用電設備，其中有機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直流用電設備相連接，同時在直流配電柜內設有儲能電池。此外，有機光伏電池包括多個串聯的反式單層元件，每兩個反式單層元件之間通過連接件進行連接，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構

在新的有機光伏電池被動式建筑的墻體上設有中空夾膠玻璃，分別為第一鋼化玻璃層和第二鋼化玻璃層以及第一有機光電池層和第二有機光電池層；其中第一有機光電池層通過膠質層以夾膠形式與第一鋼化玻璃層和框架結構粘結在一起，然后第二有機光電池層通過膠質層以夾膠形式與第二鋼化玻璃層和框架結構粘結在一起。所需粘結的框架結構為中空結構，其外邊緣設有通孔和連接器，且第一有機光電池層和第二有機光電池層的正負極引線通過框架上的通孔或連接器處引出并與光伏匯流箱連接。而且第一有機光電池層與第二有機光電池層均為新型有機光伏電池。當光照比較充足時，由于有機光電池層吸收的熱量比較多，低輻射膜層可以防止熱量進入室內，避免增加室內空調的壓力。

2.3 建筑中空百葉窗結構

中空百葉窗設置在墻板上，主要有窗體和控制裝置，窗體包括內層鋼化玻璃、外層鋼化玻璃、遮陽簾和傳感器組件。其中遮陽簾設置在內層鋼化玻璃和外層鋼化玻璃之間，包括多個百葉片、升降控制繩以及導線，升降控制繩與百葉片為活結連接。此外，在百葉片上設有新型有機光伏電池，光伏電池通過導線與控制裝置連接，所布設的傳感器用于測量室內的溫度、濕度、光照度，然后將這些信息反饋給控制裝置，控制裝置根據傳感器反饋的信息來調節百葉窗的開度大小等。控制裝置包括蓄電池、光伏控制器、中心控制器、舵機和執行機構。其光伏控制器、中心控制器，以及舵機均與蓄電池連接。不同于電動機，舵機的控制精度更高，可以精確控制百葉片的轉動角度。而且為了保證舵機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行供電，即舵機的供電裝置可以是外接電源。當晴天太陽強烈時，遮陽簾打開遮陽，有機光電池片吸收太陽能通過導線傳遞到光伏控制器再輸入蓄電池；當遮陽簾需要關閉卷起時，蓄電池給中心控制器供電，由中心控制器驅動舵機運轉，舵機運轉帶動卷線控制軸從而實現遮陽簾的關閉卷起。整體構造結構簡單、操作方便、經濟環保。而且新增傳感器組件的設計也使得其可以綜合室內的采光度、溫度、濕度等因素，繼而由中心控制器進行分析并計算角度，而后經由舵機控制百葉窗的轉動角度，保證室內環境適宜。另外，控制面板和遙控終端的設計也更加便于使用者操作，智能化和人性化程度更高。

3 結語

隨著節能建筑以及低能耗建筑的大量推廣，被動式建筑由于其低能耗以及優越的性價比符合生態生活的理念，開始大量普及。本文在對有機光伏電池以及被動式建筑充分分析的基礎上，提出了一種基于有機光伏電池的被動式建筑的理念，采用新型的反式單層元件作為有機光伏電池，較傳統的光電池來說可以大幅度提升光電轉換效率。而且在屋頂、墻板上等多個地方放置有機光伏電池，可以最大化利用光能，為被動式建筑的發展提供一些思路及建議。

參考文獻

[1] 張翠.有機光伏電池：中國，103811660A[P].2014.

[2] 孫景志，汪茫，周雪琴，等.值得關注的有機光伏電池材料[J].材料導報，2002，16（2）：49-53.

[3] 張會.被動式建筑發展相關問題探討[J].科學中國人， 2016（30）：152.

[4] 李琳，劉偉.被動式超低能耗建筑發展中的問題及對策研究[J].產業與科技論壇，2017，16（5）：65-66.

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