光電建筑的前世今生
當(dāng)世界進(jìn)入20世紀(jì)90年代，德國和日本先后將太陽能發(fā)電站（光伏電站）的模式移到屋頂上。
2009年，我國政府出臺(tái)《關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實(shí)施意見》和《金太陽示范工程財(cái)政補(bǔ)助資金管理暫行辦法》兩個(gè)重要文件，啟動(dòng)全國性的太陽能應(yīng)用示范工程。在《關(guān)于加快推進(jìn)太陽能光電建筑應(yīng)用的實(shí)施意見》一文中，首次出現(xiàn)了光電建筑的概念。
此舉體現(xiàn)了政策的連續(xù)性。1996年，我國首次把可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略納入國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃；2001年，國家《新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十五”規(guī)劃》出臺(tái)；2003年，中共中央提出了科學(xué)發(fā)展觀；2005年，《中華人民共和國可再生能源法》頒行；2007年，《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布。
值得一提的是，2000年以后，受歐洲光伏市場需求的影響，我國光伏產(chǎn)品制造業(yè)迅速崛起，產(chǎn)品的全球占有量從2004年的不足1%到2010年的超過50%，連續(xù)幾年成為世界第一大太陽電池生產(chǎn)國。
太陽，太陽
太陽在50億年前就誕生了。當(dāng)人類文明的曙光出現(xiàn)，當(dāng)科學(xué)戰(zhàn)勝了蒙昧，人類開始去認(rèn)識(shí)太陽。哥白尼、基爾霍夫、愛因斯坦這些鼎鼎大名的科學(xué)巨人為人類認(rèn)識(shí)太陽作出了巨大的貢獻(xiàn)。
太陽是一個(gè)主要由氫元素和氦元素組成的氣體火球，太陽的能量取之不盡、用之不竭。人類將太陽能作為一種能源加以利用，距今只有300多年的歷史。1615年，法國工程師所羅門 德 考克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)太陽能發(fā)動(dòng)機(jī)。1901年，美國加州建成了一臺(tái)太陽能抽水裝置。1913年，在埃及開羅以南建成一臺(tái)由5個(gè)拋物槽鏡組成的太陽能水泵。1930年，朗格利用光伏效應(yīng)制造了“太陽電池”。1952年，法國國家研究中心在比利牛斯山東部建成了一座功率為50千瓦的太陽爐。1956年，日本建造了主動(dòng)式太陽房。1960年，在美國佛羅里達(dá)建成了世界上第一套用平板集熱器供熱的吸收式空調(diào)系統(tǒng)。
人類對太陽能的應(yīng)用大體分為兩類：一是直接應(yīng)用，包括用平面反光鏡將陽光[最新消息 價(jià)格 戶型 點(diǎn)評]反射到室內(nèi)；或通過一組反光棱鏡，將陽光經(jīng)多次反射引入地下室；或用導(dǎo)光管把收集后的陽光送入無窗室內(nèi)；或采用光導(dǎo)纖維傳送陽光；美國甚至設(shè)想通過衛(wèi)星高空鏡反射陽光。二是間接應(yīng)用，包括利用集熱器使光能轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱水或蒸汽，再用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電；或通過光伏板直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>
說到太陽能光伏的應(yīng)用，不能不記下這樣一段歷史：1893年，法國科學(xué)家貝克萊爾發(fā)現(xiàn)了“光生伏打效應(yīng)”；1941年，奧爾在硅上發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)；1954年，恰賓和皮爾松在美國貝爾實(shí)驗(yàn)室，首次制成了實(shí)用的單晶太陽電池；同年，韋克爾發(fā)現(xiàn)了砷化鎵具有光伏效應(yīng)，制成了第一塊薄膜太陽電池；1955年，美國人利用砷化鎵太陽電池，使第一個(gè)光電航標(biāo)燈問世；1958年，美國人首次將太陽電池裝備在先鋒1號衛(wèi)星的電源系統(tǒng)上；1978年，美國建成100千瓦的地面光伏電站；1990年，德國提出“2000個(gè)光伏屋頂計(jì)劃”；1997年，美國提出“百萬太陽能屋頂計(jì)劃”。
太陽能光伏作為一種清潔的可再生能源電力，為節(jié)約常規(guī)能源打開了一扇光明之門。光伏在建筑上的應(yīng)用，為建筑節(jié)能開辟了一條嶄新的道路。
不節(jié)能不建筑
人類大規(guī)模燃燒化石能源的歷史不過300年，化石能源的儲(chǔ)量卻已經(jīng)面臨枯竭。節(jié)約化石能源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，成為21世紀(jì)人類社會(huì)面臨的最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
人類社會(huì)最主要的能耗是工業(yè)能耗、交通能耗和建筑能耗。隨著人口的增加、城市化的發(fā)展、生活水平的提高，建筑能耗已經(jīng)超越工業(yè)能耗和交通能耗，而居于社會(huì)能耗的首位。我國民用建筑在建材生產(chǎn)、房屋改造和建筑的使用過程中，能耗占全社會(huì)總能耗的49.5%。按目前的發(fā)展趨勢，到2020年我國建筑能耗將達(dá)到10.9億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤大約可發(fā)2700度電，我國的建筑能耗將達(dá)到29430億度電，比三峽電站34年發(fā)電量的總和還要多。
為了遏制住建筑能耗特別是建筑的使用能耗，2005年建設(shè)部和國家質(zhì)檢總局聯(lián)合發(fā)布《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，在全國實(shí)行50%的建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。其后，建筑節(jié)能工作全面展開，全國各地建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)逐步提高。
通過采用各種建筑節(jié)能措施，“高能耗建筑”在逐步減少，“低能耗建筑”在逐漸增加，但只要建筑使用常規(guī)能源，建筑能耗就依然存在。
“零能耗建筑”沿著“高能耗建筑”到“低能耗建筑”的邏輯被提出來，可再生能源隨之被引入到建筑中來，淺層地?zé)?、生物質(zhì)、太陽能光熱、太陽能光伏，這些可再生能源在建筑上的應(yīng)用，終于使建筑能耗有可能開始走向“零”。
光伏與建筑美妙結(jié)合
盡管人類很早就知道太陽可以提供光和熱，但一直無法有效地收集和利用它。亞歷山大 埃德蒙 貝克萊爾是一位法國科學(xué)家，在研究半導(dǎo)體和光的關(guān)系時(shí)，他發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體在受到光照后可以產(chǎn)生電動(dòng)勢的現(xiàn)象，這就是光伏效應(yīng)。利用半導(dǎo)體的光伏特性，可以制造出光伏電池。光伏電池所形成的組件，便成為光伏電站的“發(fā)電機(jī)”。
光伏發(fā)電機(jī)功率的大小，取決于光伏電池的光電轉(zhuǎn)換效率。不同的半導(dǎo)體材料，光電轉(zhuǎn)換效率不同。世界上第一塊單晶硅太陽電池的效率為6%；第一塊多晶硅太陽電池的效率是5%。之后，隨著科學(xué)家的不斷探索和發(fā)現(xiàn)，不僅制成了硅太陽電池，而且制成了化合物和有機(jī)物太陽電池。科技工作者通過改進(jìn)太陽電池的加工工藝，使光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高。目前，實(shí)驗(yàn)室太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高可以達(dá)到40％；工業(yè)化生產(chǎn)的電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近25％。即便如此，與火力電站、水力電站和核電站相比，光伏電站的發(fā)電功效還是太低。為了達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的電力功效，只能鋪設(shè)大面積的光伏陣列，這就需要占用大面積的土地來建設(shè)光伏電站。美國在20世紀(jì)70年代就是這樣做的。德國和日本則不同，它們的國土面積太小，也沒有大量的荒漠，因此在20世紀(jì)90年代，他們提出了“光伏屋頂計(jì)劃”，把光伏電站放到了屋頂上，促成了光伏與建筑的結(jié)合。
光伏與建筑一經(jīng)結(jié)合，便顯示出了它的優(yōu)越性。建筑設(shè)計(jì)師們自從接受了光伏電站的模式，就把它融入到建筑設(shè)計(jì)中，于是出現(xiàn)了光伏采光頂、光伏幕墻、光伏窗、光伏遮陽、光伏篷、光伏亭等等。
當(dāng)我們縱觀光電建筑的由來、梳理光電建筑發(fā)展脈絡(luò)的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，在光電建筑這一存在的現(xiàn)象背后，有一代代科學(xué)家的研究和探索；有不同國家政策制定者的敏銳洞察；有眾多工程師的聰明才智；有無數(shù)企業(yè)家的夢想與魄力。正是這一切力量的涓涓細(xì)流，在科學(xué)精神的指引下，匯聚成了一股時(shí)代發(fā)展的洪流。當(dāng)我們贊嘆這時(shí)代洪流的時(shí)候，更該去認(rèn)識(shí)那些先驅(qū)者們，去尋覓他們追蹤時(shí)代進(jìn)步的腳印，去理解他們勇為天下先的內(nèi)心動(dòng)力。了解光電建筑的由來，就是在認(rèn)識(shí)人類的科學(xué)發(fā)展史；評選出優(yōu)秀的企業(yè)和人物，就是發(fā)揚(yáng)光大人類的科學(xué)精神。
來源：中國幕墻工程網(wǎng)