湖南大学土木工程学院副院长彭晋卿：新型半透明光伏窗综合能效性能研究与应用

历经20年发展，中国推动全球光伏造价下降90%以上，2019开启平价上网新时代，建筑光伏（BIPV）产业化、市场化也进入临门一脚，需要产业界、建筑界和政产研学群策群力，BIPV建材型光伏和绿建是未来新的万亿级战略新兴产业，也是广大设计院和设计师争取项目，获得业主青睐的新的机会点。

2019年8月2日，2019中国BIPV产业发展与应用设计论坛在北京召开。BIPV产业相关领导、企业家、建筑方面专家汇聚一堂，共同研讨光伏建筑一体化开发、投资、设计、施工、运维等系列问题及解决方案。

湖南大学土木工程学院副院长彭晋卿出席本次大会并发表主旨演讲，以下为发言全文。

彭晋卿：我讲讲比较具体的研究——光伏窗。首先想回答一个问题，为什么要做光伏窗的研究，第一方面是因为现在的写字楼大面积的用玻璃幕墙，这是很大的节能潜力。高性能的窗户只能是通过被动的反射，组织太阳光进入房屋里，都是无法把太阳能利用起来，现在要做零能耗、产能建筑的话，必须要把照射到建筑物上每一寸阳光都利用起来，而不是都被反射出去了，就是要利用光伏窗的优点，在于可以主动的利用太阳能。

半透明光伏窗的几种形式，第一种是光伏窗本身是可以透明的，早期的透光率比较低的非晶硅薄膜，电池本身可以透明，但是均匀性比较好，但是透光率比较低，并且进入房间的阳光光谱也发生了变化，都是偏红色的严重，电池本身不透明，优点是房间里的光和自然光的光谱是一致的，不会存在光污染的问题。也可以用晶体硅它的效率很高，但是缺点是首先并不美观，所以很多建筑不愿意用，另外室内地板上很多阴影，是电池投射的阴影，所以室内用户也并不愿意用。

综合晶体硅非晶硅的技术以外，在美国开发了一款基于晶体硅的一种半透明的光伏窗，非晶硅也建立了实验平台，主要从事发电性能、传热和采光性能的研究，光伏窗装在建筑物上之后，不能考虑发电的性能，实际上更多的要考虑对室内环境的影响，比如对传热、室内热趋势的影响、对采光性能的影响等等，从发电、传热、采光性能上做了综合的研究。通风的条件，也可以降低光伏窗对室内热环境的影响，光伏窗吸收太阳光辐射之后温度可以高达70度左右，如果直接使用对室内的热环境会有很大的影响，会影响到热舒适，所以采用通风的装置，可以改善室内的热环境。

香港做过测试，这样的窗户一平米可以发3.3度电（每平方米每个月），电池的效率比较低，这是2013年的测试结果，这个时候电池效率比较低。后面也用了红外热仪看通风的效果对缓解室内热趋势的影响，进口的温度比出口的温度低两度，说明空气流动带走了大量的热量，解决的单层光伏窗过热的问题，也建立了数字模型来模拟发电、传热、采光的性能。

建立模型之前，也要对半透明光伏窗的光热性能、热导率进行测试，然后进入模型进行建模，模拟的时候用3.0模型进行了模拟，最后进行了实验验证，发现模拟的结果和实验验证的结果基本上比较接近，除了热流的测试稍微偏差大一些以外（后期也找到了原因），发电量的预测，所有的模型和试验的结果误差是在3%以内，我们在美国伯克利模拟了其综合能效，一平方米每一个月最大的热发电量平米发7度电，每年发65度电，光伏窗用在建筑商之后包括对空调能耗的节约更加的明显，每平方米每一年可以节约133度电，相当于是光伏窗发电量的两倍，两者加在一起相当于每平米光伏窗一年可以贡献两百度电。

如图，香港进行的测试情况，测试之后在真正的公共房屋上安装了这样的窗户，组件也是汉能提供的。

晶体硅光伏窗，用传统的晶体硅用激光切割成很细的细条进行均匀的布局，然后进行承压，最后做成了半透明光伏窗，一些参数不赘述了。

为了研究半透明光伏窗和普通的真空窗的能效对空调影响的情况，在美国伯克利国家实验室测试平台上进行了对比测试，左右两个房间一模一样用同样的空调系统，最后唯一的区别是光伏窗多了一层玻璃和一层电池，最后看到的结果，测试实验平台，如图，包括室内效果的对比，真空窗的室内的采光均匀度比光伏窗稍微好一些，但是光伏窗也是完全可以满足采光和视觉舒适的要求均匀性相对来是也是不错的，微型逆变器把电量和电网进行并联，测试过程中对房间里的空调系统进行了能耗的监测，测量了窗户太阳隔热系数，发现光伏窗太阳隔热系数0.25、真空创是0.35，透光率也是如此，光伏窗0.11、真空窗是0.23。

用了这两种不同的窗户之后对空调能耗的影响，光伏窗可以减少13%的空调的能耗（实测值），真空窗可以减少12%的空调能耗。不同朝向，这个测试平台可以旋转，不同朝向每天平均发电量，比较这两种窗户的综合节能潜力，光伏窗相对真空窗可以节省16.4%的耗电量，模拟全年的结果，全年这一个窗户一共可以发600度电，同时可以减少11%的空调能耗，所以是非常可观的数据。自然采光的性能进行了研究，发现光伏窗还能够有效的减少眩光的产生，在同等的条件下更不容易产生眩光。

结论：光伏窗不仅可以发电，在建筑上使用可以节约大量空调能耗，有助于实现零能耗建筑。使用高效的晶体硅电池可以实现较高的能量转换效率。把光伏窗和建筑物耦合，不光只从能量的角度去考虑问题，必须要考虑对室内视觉舒适和美观的影响，如果虽然发电很多，如果视觉舒适不行、不够美观，用户和建筑师也不会采用，今后在推广上一定要注意这个方面。

新搭建的实验平台，如图，半透明光伏窗系统，目前刚刚建好，今后也可以做更多的研究，这是室内外的对比图。谢谢大家！

（根据演讲速记整理，未经演讲人审核）