简要概念说明

将光伏技术集成到建筑物外墙中的可能性越来越大，这使我们社会中的结构在我们向可持续经济过渡的过程中发挥了更加积极的作用。发光建筑集成光伏窗户（L-BIPV）是基于发光下移物质（LDS）的半透明系统，该物质与光伏太阳能电池结合在一起。LDS材料吸收紫外区域（200nm-400nm）内的散射光和直接光，然后将其重新辐射到500nm-700nm范围内的调谐波长带。调整发光物质的光学特性到光谱特定区域（650nm -700nm）的能力，在该特定区域中PV电池的响应度较高而人眼的响应度较低，

开发了两种不同的L-BIPV设计（图70）：在LDS-PV系统中，半透明PV电池直接组合在LDS层下面。相反，在发光太阳能集中器（LSC）系统中，LDS物种捕获并重新发射光，并通过全内反射将光聚集到位于窗口边缘电池内的小型高效PV电池。与玻璃中集成的大型半透明光伏电池的使用相比，在窗边缘内使用薄带状硅在成本，玻璃透射率以及系统的整体光功率转换效率方面具有优势。

L-BIPV系统可以替换或添加到常规窗户中以产生电能，从而减少建筑能耗和碳排放，改善室内光线和热舒适性，并提供丰富多彩的建筑设计。

图70.两种不同的集成发光建筑物的光伏窗户设计选项（A）建筑物集成的LSC窗户和（B）建筑物集成的LDS-PV窗户。

在过去的20年中，由于半透明光伏设备能够完全集成到天窗，立面，窗户甚至墙壁等建筑元素中，因此人们对半透明光伏设备的兴趣得到了极大的复兴（Saifullah，Gwak和Yun 2016） 。基于钙钛矿，薄膜和有机技术的半透明光伏电池装置正处于商业化的边缘（Heim，Knera和Machniewicz，2015；RomeroGómez等，2015）。当前的方法由于每种技术固有的问题而受到限制，就其在现场环境条件下的可扩展性和长期稳定性而言（Bouvard，Vanzo和Schüler，2015； Klampaftis等，2009）。当前，没有商业上可买到的具有LDS特征的窗户设计，这种结构目前仅限于研究和开发状态。

建筑和技术融入信封

将建筑和技术集成到信封中L-BIPV窗口可以与传统BIPV系统类似地集成到建筑物围护结构中。在过去的十年中，随着新设计策略的发展，LDS和类似的光谱转换技术（包括LSC）经历了复兴。利用纳米结构和发光物质之间的能量转移，对器件周围的分子进行工程设计以及结合多种化学物质，只是为解决PV技术面临的有限光谱带宽问题提供商业上可行的解决方案的几条途径。

与更易于合并的LDS-PV同类产品相比，LSC系统在BIPV的性能方面提供了更大的增强。目前缺乏可扩展性和差的结构稳定性限制了这种设备的商业应用。但是，飞利浦（Philips）等行业正在通过资助旨在开拓该地区研究人员的资金计划，致力于将该技术的建筑物集成版本商业化。

LDS-PV设计提供了较低的增强级别，但它们更易于扩展，并且尚未遇到迄今为止探索的集中设计所带来的尺寸限制。将LDS层直接添加到电池上会产生一系列额外的损耗机制，这些损耗机制需要克服，以使结构能够增强基础PV电池的性能。较差的光学性能和可用的非理想光致发光材料代表了引入的主要附加损耗。

在架构方面，L-BIPV设备很容易被现有的建筑计划采用。类似的透明设备已经在香港引人注目的天际线中运行。为了最大程度地发挥设备产生的电能和提供的内部照明之间的协同作用，必须权衡最优化两个因素。需要考虑的参数包括：i）室外环境条件； ii）建筑方向； iii）窗户尺寸； iv）太阳能电池选择的窗户透明度；以及v）美观和室内照明要求。

图71.（A）使用使用不同染料颜料提供颜色的染料合成太阳能电池设计的光伏彩色玻璃窗。（B）在加利福尼亚州的索拉利亚集成发光层的半透明有机PV窗。（C）洛桑联邦理工学院（CH）的Grätzel's Cell彩色玻璃。

融入建筑物：系统与舒适度

与BIPV系统类似，电池会产生连续且低电压。为避免逆变器产生的DC-AC能量转换损失，最好直接在本地低功率配电网络中直接使用所产生的功率。为了管理操作和能源分配，该系统必须与建筑物管理系统集成在一起。可以提供各种各样的彩色设备，从而在保持基本概念的功能的同时提供设计美学要求。发光层和半透明光伏电池对光的吸收和排斥限制了太阳光的透射。可以通过发光物质的浓度和电池透明度来调节光吸收的程度。可见光（400nm – 800nm）的透射率通常约为10％至5​​0％，且透射光谱可通过材料的电光特性来控制（Ablayev等人，2014；Romero-Gómez等人，2015）。在单元效率和窗户的透明度之间需要权衡，结合特定位置的照明条件，习惯于使用数值模拟和评估方法来评估每个设计选择的影响（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如图71所示，该系统是一个遮光设备，它可以同时选择眩光并通过选择窗户呈现的颜色来影响乘员的舒适度和心理反应。在单元效率和窗户的透明度之间需要权衡，结合特定位置的照明条件，习惯于使用数值模拟和评估方法来评估每个设计选择的影响（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如图71所示，该系统是一个遮光设备，它可以同时选择眩光并通过选择窗户呈现的颜色来影响乘员的舒适度和心理反应。在单元效率和窗户的透明度之间需要权衡，结合特定位置的照明条件，习惯于使用数值模拟和评估方法来评估每个设计选择的影响（Saifullah，Gwak和Yun 2016）。如图71所示，该系统是一个遮光设备，它可以同时选择眩光并通过选择窗户呈现的颜色来影响乘员的舒适度和心理反应。

得到教训

• 缺乏一种算法/软件可以评估每种设计考虑因素（建筑物的建筑和美学，位置，气候，PV技术，主体材料，发光物质，所需的光学透明性等）对建筑物总体能耗的影响。
• 对于可见光区域（400nm – 700nm）的最佳透明性，尚没有明确的定义，它无法弥合L-BIPV器件所基于的PV技术的半透明性和功率转换效率之间的差距。
• 在原位环境条件（温度，光谱辐照度和相对湿度）下，需要对候选发光材料进行严格评估。
• 等待设计和发现能够在UV区域吸收的发光结构，并重新辐射接近于近红外的能量，而目前大多数PV技术都具有峰值响应能力。
• 窗户的设计必须灵活，允许根据特定的气候条件进行更改，即在温暖的气候下可能需要更多的阴影。
• 缺乏将最佳性能的材料（PV，主体和发光物质）整合在一起的案例研究，从其对建筑物电源管理的影响方面概述了此类结构的成本效益。
• 由各个设计元素的光学特性所施加的尺寸限制尚待定义，以允许在不同类型的建筑结构中制造和测试全尺寸结构。