研发报告详细内容

CIGS 太阳能:绿色办公大楼的未来?

      材料来源:化合物半导体杂志

 
ZSW研究表明,即使没有电池来储存能量,CIGS太阳能电池板也可以满足近40%的需求。
 
办公大楼通常会消耗大量电力,且很少以环保的方式进行。正如巴登-符腾堡州太阳能和氢能研究中心(ZSW)的最新研究表明,外墙和屋顶光伏(PV)系统可以使这种消耗变得更加可持续。
 
研究人员最近对位于德国斯图加特的ZSW总部的外墙安装光伏系统进行了调查,以确定建筑物本身产生的太阳能可以在多大程度上覆盖总体电力消耗。将从该建筑物获得的数据输入一个模型后,他们发现屋顶和外墙安装的太阳能电池板提供的电力可满足标准办公大楼总电力需求的近40%,即使没有太阳能存储装置也可以做到这一点。这种屋顶和外墙光伏系统的组合,在白天以及整个季节中都能获得能量。
 
要使办公大楼正常运转,需要大量的电力。其中大部分电力用于照明、通风、空调和其他电器。德国已经承诺到2050年实现气候中立型建筑的目标,因此必须以更加环保的方式满足这种能源需求。光伏系统提供的电力可以帮助实现这一目标。到2030年,该国将至少需要100GW的装机容量,其中大部分必须安装在建筑物上。一些非住宅建筑物的业主主要在屋顶上安装了这种无碳电源,但还不足以满足这些目标。外墙光伏系统很少,屋顶电池板与之相比也相差甚远。
 
外墙和屋顶上的太阳能电池板收益颇丰
 
很少有业主将太阳能电池板集成到建筑物的外墙,尽管其好处很大。无论建筑物的高度如何,屋顶面积均保持不变,但建筑物越高,其外墙面积也越大。外墙式光伏系统的优势不仅仅在于发电能力。它们还可以防风防雨、遮荫、减少热量损失、替代常规建筑部件并有助于建筑物的隔音。
 
德国的《建筑节能法》(Gebäudeenergiegesetz)通过给建筑物提供更好的能源评级来奖励安装外墙光伏系统的业主。如果在新建筑建成之前,就将外墙安装的太阳能电池板纳入到设计图纸中,则最具成本效益。在这种情况下,投资可以在短短十年内收回成本,之后外墙系统就开始盈利。
 
薄膜CIGS模块也具有美学优势。它们提供了与玻璃外墙相同的设计选项,使建筑师能够创造出色调统一的玻璃表面。面板有各种颜色、尺寸和形状。它们甚至可以是灵活的组件,也可以按需定制设计。ZSW的研究人员正在努力优化此类应用。
 
外墙光伏系统实现了29%的自给率
 
ZSW模型利用实际的发电量和消耗量数据,计算出一栋办公楼的外墙和屋顶的光伏组件可以覆盖多少电力需求。首先,研究人员确定了位于斯图加特的办公楼东南和西南外墙上的CIGS薄膜太阳能电池组件和屋顶面板产生的电量。
 
然后,研究人员将这些数据应用于一幢典型的五层办公楼的模型中,该办公楼的光伏面板覆盖了四分之一的外墙和30%的屋顶面积。这相当于131千瓦的装机容量。这些太阳能模块每年总计可发电约115,000千瓦时。在此模型用例中,该建筑物的年用电需求量为170,000千瓦时,该数字是根据巴登-符腾堡州行政建筑物的电表读数计算出来的。
 
这些计算结果表明,办公大楼确实可以通过外墙和屋顶系统提供的太阳能来满足其相当一部分的电力需求。ZSW的项目经理Dieter Geyer说:“仅外墙就能提供一年中29%的电力消耗。” 这些太阳能电池组件产生的大部分电力(80%)专用于此目的,其余的则馈入电网。Geyer说:“外墙和屋顶光伏系统的组合,将自给率提高到了39%。” 建筑物系统产生的所有太阳能中的大部分(58%)是在本地消耗的。剩余的则增加了电网中绿色电力的份额。

即使没有电池,光伏也可满足39%的需求
 
即使没有电池来存储所产生的电能,太阳能电池板也可以满足大量需求。“办公楼主要是白天需要用电,因此所产生的太阳能中有很大一部分可以立即消耗掉。”Geyer说,“存储这些电能以备后用并不是绝对必要的。” 这也降低了整个光伏系统的成本。
 
此外,在此用例中,太阳能外墙主要在早晨和傍晚受到照射进行发电。屋顶系统主要在中午时段发电。这意味着在耗电量最高的时段(上午8点至下午6点)可以使用太阳能发电。
 
屋顶和外墙组合安装的太阳能电池板是办公大楼更绿色的选择还有一个原因——它们在各个季节可以很好地互补。屋顶面板在夏季产能最高。外墙光伏面板则是其完美搭配,后者冬季产能最高,可为整个系统的年产量做出贡献。与屋顶系统相比,垂直方向的外墙光伏板更能捕捉到冬季低矮的太阳光。
 
光伏外墙的发展即将起飞
 
结果是,强烈推荐使用光伏外墙——它们无疑使办公大楼的电力供应更加气候友好,特别是与屋顶系统结合使用时。专家和科学家预测,外墙光伏系统将在建筑师的设计和工程师的建筑计划中发挥越来越重要的作用。当这种做法成为主流时,它将为德国的光伏模块和生产系统制造商提供大规模市场机会。ZSW打算加大研究力度,以延长光伏外墙的使用寿命,使其能与标准外墙的寿命相媲美。
 
这项研究是BMWi联合项目的一部分,该项目旨在研究外墙一体化CIGS光伏系统(资金代码0324156A)。
 
图为斯图加特ZSW总部及其CIGS建筑一体化外墙。
 
 
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