“一半阴影，照样发电”——意大利LSC光伏窗实测：半遮半掩效率反升1.86%

搁浅

“一半阴影，照样发电”——意大利LSC光伏窗实测：半遮半掩效率反升1.86%（DOI: 10.3390/en14040816）

导语
当城市屋顶资源日渐饱和，把光伏“搬”到玻璃幕墙、温室顶棚甚至阳台栏杆，成为BIPV（建筑一体化光伏）的新方向。但高楼林立、自遮阳与相邻建筑阴影，让传统晶硅组件“寸步难行”。意大利费拉拉大学团队在MDPI《Energies》2021年第14卷发表的实验结果显示：一种被称作“荧光太阳能聚光器”（LSC）的半透明玻璃，可以在50%面积被遮挡的极端工况下，把光电转换效率从1.83%提升到1.86%，且成本从13€/Wp直降到7€/Wp。本文梳理该研究的仿真-原型-实测三步闭环，为中国正在兴起的“光伏窗”“光伏栏杆”提供一条可复制的“抗阴影”技术路线。

一、什么是LSC？——把染料“涂”进玻璃，让光在内部“拐弯”
LSC核心是一张5 mm厚的PMMA（亚克力）板，内掺300 ppm商用Lumogen®F Red 305有机染料。

• 吸收：染料把400–600 nm可见光转换成约650 nm荧光；
• 传导：荧光在玻璃内全反射，像光纤一样被“甩”到边缘；
• 发电：边缘粘贴10片截角SunPower C50 PERC电池（23×8 mm），即可把聚来的光转成电力；
• 透光：玻璃正面仍有60%以上可见光透过，不影响室内采光。
  

二、实验设计：把“四边受光”砍成“一边受光”，阴影反而更小
团队用Monte-Carlo光线追踪，先模拟25×25 cm²样机在不同遮光模式下的表现，再做出实物上双轴跟踪台对比。

• 四边方案（参考）：每边10片电池，共40片；成本13€/Wp。
• 两边+镜面：对边电池改为3M DF2000MA高反射膜（反射率>95%），电池减半至20片；成本8€/Wp。
• 单边+三镜：仅留一边10片电池，其余三边贴反射膜；成本7€/Wp， concentration factor高达3.5×。
  

三、阴影模式：BIPV最怕“横跨遮光”，LSC最怕“电流失配”
作者把“半遮”极端场景分成三类：

• across：遮光带垂直于电池列——电流瞬间被“短板”锁死；
• along-mirror：遮光带平行于电池列，但位于镜面侧——对电池列几乎零影响；
• along-cell：遮光带平行，但位于电池侧——部分电池被弱化。
  

结果：

• 四边方案在“across”模式下，FF从0.70跌至0.52，效率腰斩至0.93%；
• 单边方案在“along-mirror”模式下，效率1.86%，反而比无遮挡提高0.23个百分点——因为遮光减少了染料自吸收，更多光子被“锁”进玻璃。
  

四、关键数据一张表看清


结论：电池越少，电流越均匀，FF越高；反射膜把光“折”向未被遮区域，天然实现“电流均衡”；单边方案在极端阴影下仍能输出590 mW，比四边参考高1.9倍。

五、给中国BIPV的“拿来即用”清单
光伏窗/栏杆：直接选“单边+三镜”结构，玻璃幕墙加工厂即可完成贴膜与电池封装，增量成本<50元/㎡。温室顶棚：用“两边+两镜”兼顾透光与发电，夏季遮光降温，冬季增温发电，一板两用。组件选型：电池片无需定制，常规PERC裁切即可；反射膜采用国产高反射PET（≥92%），成本降到10$/㎡。逆变匹配：单边方案V_mpp≈6 V，可10块串联后接微型升压模块（德州仪器TPS61088），完美对接24 V直流母线。标准缺口：建议尽快立项《建筑用荧光太阳能聚光器》行业标准，把“单边+反射膜”写入推荐结构，为光伏玻璃拿“3C”认证铺路。

六、下一步：把25 cm样机放大到2 m幕墙
费拉拉大学已把Monte-Carlo算法开源（GitHub：Gmangherini/Raytracing），下一步将与Trentino Rainbow Energy合作，把25 cm小模块扩展到2 m×1 m玻璃，目标效率3%，成本<5€/Wp，预计2025年在意大利博尔扎诺一栋商业大厦首次挂装。

结语
阴影曾是BIPV的“天敌”，LSC却把它变成“增益项”。当染料、玻璃与镜面三要素组合得当，“少电池+多反射”就能在半个阴影下跑出更高效率。对于正冲刺“双碳”的中国城市建筑而言，这块会“发光”的玻璃，或许就是下一代幕墙的标配。