窗戶作為最重要的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)建筑能耗具有重要影響。美國能源部的研究表明超過30%的建筑物制冷和采暖能量都通過低性能窗戶而損失。美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室研究人員預(yù)計(jì)39%的建筑物熱能損失和28%的冷量損失都來自窗戶系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果將全美的商業(yè)建筑窗戶全部更換為典型的low-e雙層窗，則可以減少62%的空調(diào)制冷能耗。由此可見，開發(fā)高能效窗戶產(chǎn)品以取代現(xiàn)有的低性能窗戶具有非常大的建筑節(jié)能潛力。
隨著光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步和光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，近年來建筑一體化半透明光伏窗（簡稱光伏窗或“光伏發(fā)電玻璃”）吸引了越來越多的研究人員和生產(chǎn)廠家的高度關(guān)注，圖1展示了一些典型的半透明光伏窗應(yīng)用案例。簡單來說，光伏窗是指使用由雙層玻璃封裝的半透明光伏組件來取代傳統(tǒng)玻璃而構(gòu)成的窗戶系統(tǒng)，圖2給出了常見晶體硅和薄膜半透明光伏組件的組成結(jié)構(gòu)。光伏窗不透明（或半透明）的電池部分可以通過光伏效應(yīng)發(fā)電，而透明（或半透明）部分則可以實(shí)現(xiàn)自然采光以及室內(nèi)外的視覺交流。與其他先進(jìn)窗戶技術(shù)相比，光伏窗的最大特點(diǎn)是可以通過光伏作用主動(dòng)將一部分太陽輻射轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫碾娔?，與此同時(shí)通過調(diào)節(jié)光伏窗的透過率實(shí)現(xiàn)控制太陽輻射得熱和眩光的目的。
圖1典型的半透明光伏窗應(yīng)用案例
（a,漢能總部大樓非晶硅半透明光伏幕墻；b,晶體硅半透明光伏窗；c,onyx S非晶硅半透明光伏幕墻；d,晶體硅半透明光伏窗）
圖2常見晶體硅和薄膜半透明光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖
（a,晶體硅半透明組件；b,薄膜半透明組件）
在安裝角度和透光需求等不利因素影響下，雖然單位面積的光伏窗的發(fā)電量要比傳統(tǒng)的以最佳傾斜角安裝的光伏系統(tǒng)的發(fā)電量低，但是光伏窗除了可以發(fā)電外，更重要的是具有很好的建筑節(jié)能效果。一方面，它可以通過減少室內(nèi)太陽得熱而降低空調(diào)制冷能耗。另一方面，合理設(shè)計(jì)的光伏窗還可以最大程度地利用自然采光并改善視覺不舒適性。
綜上所述，一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的光伏窗不僅可以發(fā)電，還可以通過降低太陽得熱量和調(diào)控入射太陽輻射從而減少建筑物空調(diào)能耗、改善自然采光效果和提高視覺舒適性。筆者在香港和美國舊金山地區(qū)的研究結(jié)果表明，光伏窗所帶來的能量收益中只有1/3是來自于發(fā)電，另外2/3的收益來自于空調(diào)節(jié)能。因此，光伏窗為零能耗建筑以及具有大的窗墻比的高層辦公建筑節(jié)能提供了一個(gè)非常好的建筑節(jié)能解決方案。
目前，主要有3種常見的半透明光伏組件技術(shù)。第一種技術(shù)主要針對(duì)薄膜光伏組件，如圖3（a）所示，沉積在透明導(dǎo)電玻璃上的非晶硅薄膜非常薄以至于電池本身可以透過部分可見光。這種半透明光伏組件由于電池本身可以透光因此具有非常好的均勻性，但是由于其透過率太低（通常只有5%左右），并且太陽光經(jīng)過組件選擇性吸收之后透過的光呈橘黃色，因此其采光和視覺效果均比較差。另外，由于電池本身透過了一部分可見光，因此組件的能量轉(zhuǎn)換效率也比較低。第二種半透明技術(shù)同樣是針對(duì)薄膜光伏組件的，如圖3（b）所示，首先將薄膜太陽能電池，如非晶硅電池或碲化鎘電池，均勻沉積在透明導(dǎo)電玻璃上，然后根據(jù)自然采光需求利用激光選擇性地將部分電池刻蝕掉從而形成電池與透明玻璃交錯(cuò)相間的半透明結(jié)構(gòu)。與第一種工藝不同的是，第二種工藝中薄膜電池本身是不透光的，太陽光主要從透明玻璃部分透過半透明光伏組件，因此透過的光與入射太陽光的光譜基本一致，均為白色光。與第一種電池本身半透明的組件相比，采用第二種技術(shù)生產(chǎn)的半透明薄膜光伏組件具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率，并且其透過率可以根據(jù)自然采光要求進(jìn)行定制。通常情況下，透過率在30%-50%范圍可以基本滿足房間的自然采光需求。另外，由圖3（a）和3（b）對(duì)比可見，采用第二種技術(shù)生產(chǎn)的半透明組件明顯具有更好的采光和視覺舒適效果。第三種生產(chǎn)工藝主要適用于晶體硅電池。首先將晶體硅電池片按照一定間距進(jìn)行均勻排列和串并聯(lián)，然后置于雙層玻璃和PVB（或EVA）層中進(jìn)行熱層壓而生成。由于晶體硅電池本身是不透明的，因此該半透明組件的透明效果全依賴于電池片之間的間隙。與前面兩種生產(chǎn)工藝相比，第三種工藝生產(chǎn)的半透明組件以高效晶體硅電池為基礎(chǔ)，因此具有最高的能量轉(zhuǎn)換效率，但是也存在一些致命缺點(diǎn)。如圖3（c）所示，首先，大塊的不透明晶體硅電池（156mm×156mm）會(huì)在室內(nèi)產(chǎn)生明暗相間的陰影，強(qiáng)烈的明暗對(duì)比會(huì)讓住戶產(chǎn)生不舒適的采光和視覺感受；其次，晶體硅電池會(huì)遮擋用戶視線，影響用戶與外界的視覺交流；再次，采用該技術(shù)生產(chǎn)的晶體硅半透明光伏窗美觀度欠佳，無論是建筑師還是用戶對(duì)其接受程度都不高。
圖3三種常見工藝生產(chǎn)的半透明光伏組件：（a）電池本身透光的非晶硅半透明組件（b）激光刻蝕生產(chǎn)的薄膜半透明組件（c）傳統(tǒng)晶體硅半透明組件
從以上分析可知，目前常見的3種半透明光伏組件生產(chǎn)工藝均存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)，影響了半透明光伏窗的大規(guī)模應(yīng)用。因此，在吸收現(xiàn)有各種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，美國Solaria公司和美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)了一款基于晶體硅太陽能電池的新型半透明光伏窗。該半透明光伏窗主要通過采用激光將晶體硅電池片切割成電池細(xì)帶，然后將細(xì)帶以一定間隔進(jìn)行均勻排列再進(jìn)行自動(dòng)焊接，最后采用雙層玻璃層壓而成。圖4給出了采用該技術(shù)生產(chǎn)的半透明組件的示意圖。該半透明光伏窗很好的結(jié)合了已有半透明光伏技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在50%透過率的前提下，其組件發(fā)電效率可達(dá)到8.8%（如果組件的透過率進(jìn)一步降低，則組件的發(fā)電效率會(huì)相應(yīng)提高），因此既具備傳統(tǒng)晶體硅光伏窗能量轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)又具有薄膜半透明光伏窗自然采光性能好的優(yōu)點(diǎn)，有望成為一種重要的半透明光伏窗技術(shù)。此外，國內(nèi)很多薄膜太陽能生產(chǎn)廠商也正致力于將最先進(jìn)的薄膜技術(shù)，如銅銦鎵硒，應(yīng)用在光伏窗上，從能量轉(zhuǎn)換效率和視覺舒適性兩個(gè)方面來進(jìn)一步改善產(chǎn)品性能，相信很快會(huì)有更多更好的半透明光伏窗產(chǎn)品問世。此外，一些新興的太陽能電池技術(shù)，如鈣鈦礦和有機(jī)太陽能電池，均可以做成半透明組件結(jié)構(gòu)，這為半透明光伏組件技術(shù)的發(fā)展增添了新的活力。
2023年全球及中國光伏發(fā)電玻璃窗行業(yè)頭部企業(yè)市場占有率及排名調(diào)研報(bào)告
據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)恒州誠思（YH）研究統(tǒng)計(jì)，2022年全球光伏發(fā)電玻璃窗市場規(guī)模約 億元，2018-2022年年復(fù)合增長率CAGR約為 %，預(yù)計(jì)未來將持續(xù)保持平穩(wěn)增長的態(tài)勢(shì)，到2029年市場規(guī)模將接近 億元，未來六年CAGR為 %。
從核心市場看，中國光伏發(fā)電玻璃窗市場占據(jù)全球約 %的市場份額，為全球最主要的消費(fèi)市場之一，且增速高于全球。2022年市場規(guī)模約 億元，2018-2022年年復(fù)合增長率約為 %。隨著國內(nèi)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)速度加快，隨著新技術(shù)和產(chǎn)業(yè)政策的雙輪驅(qū)動(dòng)，未來中國光伏發(fā)電玻璃窗市場將迎來發(fā)展機(jī)遇，預(yù)計(jì)到2029年中國光伏發(fā)電玻璃窗市場將增長至 億元，2023-2029年年復(fù)合增長率約為 %。2022年美國市場規(guī)模為 億元，同期歐洲為 億元，預(yù)計(jì)未來六年，這兩地區(qū)CAGR分別為 %和 %。
本文調(diào)研和分析全球光伏發(fā)電玻璃窗發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢(shì)，核心內(nèi)容如下：
（1）全球市場總體規(guī)模，分別按銷量和按收入進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，歷史數(shù)據(jù)2018-2022年，預(yù)測數(shù)據(jù)2023至2029年。
（2）全球市場競爭格局，全球市場頭部企業(yè)光伏發(fā)電玻璃窗銷量、收入、價(jià)格市場占有率及行業(yè)排名，數(shù)據(jù)2018-2022年。
（3）中國市場競爭格局，中國市場頭部企業(yè)光伏發(fā)電玻璃窗銷量、收入、價(jià)格市場占有率及行業(yè)排名，數(shù)據(jù)2018-2022年，包括國際企業(yè)及中國本土企業(yè)。
（4）全球重點(diǎn)國家及地區(qū)光伏發(fā)電玻璃窗需求結(jié)構(gòu)。
（5）全球光伏發(fā)電玻璃窗核心生產(chǎn)地區(qū)及其產(chǎn)量、產(chǎn)能。
（6）光伏發(fā)電玻璃窗行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上游、中游及下游分析。
頭部企業(yè)包括：
AGC Glass Europe.
Nippon Sheet Glass Co., Ltd.
Taiwan Glass Industry Corporation
Xinyi Solar Holdings Limited
Sisecam
Guardian Glass
Saint-Gobain
Borosil Limited
中國河南華美化工有限公司
Interfloat Corporation
廣東金玻科技有限公司
Hecker Glastechnik GmbH & Co. KG
ENF Ltd.,
Emmvee Toughened Glass Private Limited
Euroglas GmbH
按照不同產(chǎn)品類型，包括如下幾個(gè)類別：
涂層太陽能光伏玻璃
鋼化太陽能光伏玻璃
涂層太陽能光伏玻璃
退火太陽能光伏玻璃
其他
按照不同應(yīng)用，主要包括如下幾個(gè)方面：
住宅
商業(yè)
其他
本文重點(diǎn)關(guān)注如下國家或地區(qū)：
北美市場（美國、加拿大和墨西哥）
歐洲市場（德國、法國、英國、俄羅斯、意大利和歐洲其他國家）
亞太市場（中國、日本、韓國、印度、東南亞和澳大利亞等）
南美市場（巴西等）
中東及非洲
