產品描述
簡要概念說明
將光伏技術集成到建筑物外墻中的可能性越來越大，這使我們社會中的結構在我們向可持續經濟過渡的過程中發揮了更加積極的作用。發光建筑集成光伏窗戶（L-BIPV）是基于發光下移物質（LDS）的半透明系統，該物質與光伏太陽能電池結合在一起。LDS材料吸收紫外區域（200nm-400nm）內的散射光和直接光，然后將其重新輻射到500nm-700nm范圍內的調諧波長帶。調整發光物質的光學特性到光譜特定區域（650nm -700nm）的能力，在該特定區域中PV電池的響應度較高而人眼的響應度較低，
開發了兩種不同的L-BIPV設計（圖70）：在LDS-PV系統中，半透明PV電池直接組合在LDS層下面。相反，在發光太陽能集中器（LSC）系統中，LDS物種捕獲并重新發射光，并通過全內反射將光聚集到位于窗口邊緣電池內的小型高效PV電池。與玻璃中集成的大型半透明光伏電池的使用相比，在窗邊緣內使用薄帶狀硅在成本，玻璃透射率以及系統的整體光功率轉換效率方面具有優勢。
L-BIPV系統可以替換或添加到常規窗戶中以產生電能，從而減少建筑能耗和碳排放，改善室內光線和熱舒適性，并提供豐富多彩的建筑設計。
圖70.兩種不同的集成發光建筑物的光伏窗戶設計選項（A）建筑物集成的LSC窗戶和（B）建筑物集成的LDS-PV窗戶。
在過去的20年中，由于半透明光伏設備能夠完全集成到天窗，立面，窗戶甚至墻壁等建筑元素中，因此人們對半透明光伏設備的興趣得到了極大的復興（Saifullah，Gwak和Yun 2016） 。基于鈣鈦礦，薄膜和有機技術的半透明光伏電池裝置正處于商業化的邊緣（Heim，Knera和Machniewicz，2015；RomeroGómez等，2015）。當前的方法由于每種技術固有的問題而受到限制，就其在現場環境條件下的可擴展性和長期穩定性而言（Bouvard，Vanzo和Schüler，2015； Klampaftis等，2009）。當前，沒有商業上可買到的具有LDS特征的窗戶設計，這種結構目前僅限于研究和開發狀態。
建筑和技術融入信封
將建筑和技術集成到信封中L-BIPV窗口可以與傳統BIPV系統類似地集成到建筑物圍護結構中。在過去的十年中，隨著新設計策略的發展，LDS和類似的光譜轉換技術（包括LSC）經歷了復興。利用納米結構和發光物質之間的能量轉移，對器件周圍的分子進行工程設計以及結合多種化學物質，只是為解決PV技術面臨的有限光譜帶寬問題提供商業上可行的解決方案的幾條途徑。
與更易于合并的LDS-PV同類產品相比，LSC系統在BIPV的性能方面提供了更大的增強。目前缺乏可擴展性和差的結構穩定性限制了這種設備的商業應用。但是，飛利浦（Philips）等行業正在通過資助旨在開拓該地區研究人員的資金計劃，致力于將該技術的建筑物集成版本商業化。
LDS-PV設計提供了較低的增強級別，但它們更易于擴展，并且尚未遇到迄今為止探索的集中設計所帶來的尺寸限制。將LDS層直接添加到電池上會產生一系列額外的損耗機制，這些損耗機制需要克服，以使結構能夠增強基礎PV電池的性能。較差的光學性能和可用的非理想光致發光材料代表了引入的主要附加損耗。
在架構方面，L-BIPV設備很容易被現有的建筑計劃采用。類似的透明設備已經在香港引人注目的天際線中運行。為了最大程度地發揮設備產生的電能和提供的內部照明之間的協同作用，必須權衡最優化兩個因素。需要考慮的參數包括：i）室外環境條件； ii）建筑方向； iii）窗戶尺寸； iv）太陽能電池選擇的窗戶透明度；以及v）美觀和室內照明要求。
圖71.（A）使用使用不同染料顏料提供顏色的染料合成太陽能電池設計的光伏彩色玻璃窗。（B）在加利福尼亞州的索拉利亞集成發光層的半透明有機PV窗。（C）洛桑聯邦理工學院（CH）的Grätzel's Cell彩色玻璃。
融入建筑物：系統與舒適度
與BIPV系統類似，電池會產生連續且低電壓。為避免逆變器產生的DC-AC能量轉換損失，最好直接在本地低功率配電網絡中直接使用所產生的功率。為了管理操作和能源分配，該系統必須與建筑物管理系統集成在一起。可以提供各種各樣的彩色設備，從而在保持基本概念的功能的同時提供設計美學要求。發光層和半透明光伏電池對光的吸收和排斥限制了太陽光的透射。可以通過發光物質的濃度和電池透明度來調節光吸收的程度。可見光（400nm – 800nm）的透射率通常約為10％至5??0％，且透射光譜可通過材料的電光特性來控制（Ablayev等人，2014；Romero-Gómez等人，2015）。在單元效率和窗戶的透明度之間需要權衡，結合特定位置的照明條件，習慣于使用數值模擬和評估方法來評估每個設計選擇的影響（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如圖71所示，該系統是一個遮光設備，它可以同時選擇眩光并通過選擇窗戶呈現的顏色來影響乘員的舒適度和心理反應。在單元效率和窗戶的透明度之間需要權衡，結合特定位置的照明條件，習慣于使用數值模擬和評估方法來評估每個設計選擇的影響（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如圖71所示，該系統是一個遮光設備，它可以同時選擇眩光并通過選擇窗戶呈現的顏色來影響乘員的舒適度和心理反應。在單元效率和窗戶的透明度之間需要權衡，結合特定位置的照明條件，習慣于使用數值模擬和評估方法來評估每個設計選擇的影響（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如圖71所示，該系統是一個遮光設備，它可以同時選擇眩光并通過選擇窗戶呈現的顏色來影響乘員的舒適度和心理反應。
SWOT分析
長處
機會
威脅
- 同時提供功率的新興的電可調節可開關窗口的發展可能會克服系統的性能。
- 電力成本的波動導致不確定的投資回收期，從而限制了技術集成的動力
- 需要更大規模的產品和更多的業務案例來進行市場說服和整合
得到教訓
- 缺乏一種算法/軟件可以評估每種設計考慮因素（建筑物的建筑和美學，位置，氣候，PV技術，主體材料，發光物質，所需的光學透明性等）對建筑物總體能耗的影響。
- 對于可見光區域（400nm – 700nm）的最佳透明性，尚沒有明確的定義，它無法彌合L-BIPV器件所基于的PV技術的半透明性和功率轉換效率之間的差距。
- 在原位環境條件（溫度，光譜輻照度和相對濕度）下，需要對候選發光材料進行嚴格評估。
- 等待設計和發現能夠在UV區域吸收的發光結構，并重新輻射接近于近紅外的能量，而目前大多數PV技術都具有峰值響應能力。
- 窗戶的設計必須靈活，允許根據特定的氣候條件進行更改，即在溫暖的氣候下可能需要更多的陰影。
- 缺乏將最佳性能的材料（PV，主體和發光物質）整合在一起的案例研究，從其對建筑物電源管理的影響方面概述了此類結構的成本效益。
- 由各個設計元素的光學特性所施加的尺寸限制尚待定義，以允許在不同類型的建筑結構中制造和測試全尺寸結構。
