讓建筑能成為能源

默片

隨著建筑節能日漸被重視，人們已經不再滿足于“綠色建筑”的概念，近年來對于被動式建筑不論中外，都有了非常多的探索，甚至于近零能耗建筑、凈零能耗建筑也時常被提起。

然而建筑終究是要消耗能源的，要實現凈零能耗建筑，只一味地“被動防守”是不行的，只有能主動生產能源，才能真的做到凈零能耗。

建筑產生能源的方式，目前最為成熟的便是對于太陽能的利用，將建筑與光伏相結合。光伏建筑一體化（即BIPV Building Integrated PV，PV即Photovoltaic）是一種將太陽能發電（光伏）產品集成到建筑上的技術。

早在2000年，國內便有了光伏屋頂，既將光伏發電板安裝在屋頂上，其好處就是在不占用面積的同時還能發電，據相關組織估算，我國裸露屋頂的面積是100億平方米，如果能夠利用起來，將提供非常可觀的發電量。“屋頂上‘蓋了一層光伏電池板，也避免屋頂的瓦片風吹雨淋太陽曬，對于屋頂的保護也有一定的作用。”發電的同時還有降溫、“保護”屋頂，的“副作用”，一旦太陽能光伏電站發電后，光伏板上的熱能有20%左右直接轉化為電能，能夠轉導到屋頂的熱能會更加少，高溫天降溫的效果會更好。

目前國內已有許多光伏屋頂的項目落成，特別是近年來在“光伏扶貧”的推進下，光伏屋頂項目發展非常迅速。不過這些項目大多還只是在屋頂上安裝光伏發電板，而直接將光伏材料與建筑屋頂一體化的構思也是由來已久。

在2016年，特拉斯便率先推出了太陽能屋頂，這種“太陽能屋頂”與傳統的高端屋頂基本無差別，只是將太陽能電池嵌入玻璃表面，從而吸收太陽能。據特拉斯官方公布的數據看，相比傳統光伏發電板與屋頂相結合的形式，這種“太陽能屋頂”可能更為便宜，它使用壽命是普通屋頂的2倍，特拉斯還承諾終生保修。據演示視頻顯示，特斯拉的太陽能瓦片比傳統屋頂材料更有彈性，這是因為它們在生產過程中使用了韌性玻璃所致，可以抵抗4級冰雹的沖擊。

建筑物有很多暴露在陽光下的表面積，為什么要停在屋頂太陽能電池板上呢？

面對這一顯而易見的問題，埃克塞特大學的可再生能源專家開發一種開創性的新技術，可以通過最新的建筑集成光伏（BIPV）加速廣泛引入凈零能耗建筑，其目標是創造一個節省空間產品， 該團隊創造了一種創新的名為Solar Squared的玻璃磚，研發人員將太陽能技術直接集成到這些玻璃塊中，不僅可以讓光線進入室內，與此同時還可以產生能量。

Solar Squared是一種嵌入近半透明光伏太陽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存太能陽，同時讓自然光線照射并提供一些隔熱效果， 這對于被動式建筑來說是一個巨大的優勢。它們的結構允許它們垂直安裝（即在墻壁而不是在屋頂上），使它們即使在密集的城市環境中也能捕獲太陽能。最為重要的是，Solar Squared模塊具有智能光學器件，使其能夠捕獲大量的太陽光漫射成分，可將入射的太陽輻射聚焦到小型太陽能電池上，透明磚塊內部的每個光學元件，幾乎可以把一天中射入的所有太陽光都聚焦到太陽能電池上，從而提高每個太陽能電池產生的總能量。此外，它內部的所有單元都連接在一起，并且磚塊本身可以彼此連接，不僅可以將太陽能轉化為電能，還可以將電能反向輸送至電網。

除了墻壁和屋頂，窗戶也是一個與陽光有著密切接觸的建筑部件，就在今年7月，華南理工大學教授葉軒立團隊聯合教授黃飛團隊開發出一種同時具備發電和隔熱效果的半透明薄膜太陽電池。據《中國科學報》報道：這類電池薄膜不僅具有高效的光電轉換效率，而且其隔熱效果也極為優異。研究顯示，這種同時具備發電和隔熱效果的太陽能電池薄膜理論上可使住戶節省超過五成的用電量。

該團隊創新性地選擇了一類吸收邊延伸至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鍵組分。近紅外光子的吸收不僅可使太陽電池產生額外的光電流，同時也賦予此電池器件隔熱功能。另外，超薄金屬銀電極也對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，進一步增強器件的光電轉換效率及隔熱效果。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調控層。華南理工大學發光材料與器件國家重點實驗室教授葉軒立說，他們將有機光伏材料制成半透明、輕質的膜，使玻璃成為發電機和熱絕緣體。這種薄膜的隔熱率可在75%到90%的范圍內調節，與市場中優質的太陽隔熱膜水平相當。

團隊通過使用高折射系數材料和低折射系數材料交替沉積，形成光學調控微腔，可在保持整體器件可見光透過率不變的條件下，進一步降低紅外光透過率，從而再次增強太陽電池器件薄膜的隔熱效果。

此外，在低光強照射下，這種薄膜的光電轉換效率反而更高，因此還有望利用夜晚的室內燈光產生可觀電能。

據了解，建筑物消耗的電量占全球電力的40%以上。 這些新技術將無縫地集成到建筑物中，在讓建筑更節能的同時，還能制造產生新的能源。

【文獻標識碼】D

【文章編號】1671-3362（2018）10-0060-02