太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化探析

1、太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化探析    摘要：太陽能光伏建筑作為新時(shí)代的產(chǎn)物，其出現(xiàn)和發(fā)展是人類社會(huì)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。隨著世界能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的不斷加劇，其發(fā)展速度極快。太陽能光伏建筑優(yōu)點(diǎn)眾多，在對(duì)其不斷的研究和實(shí)踐中，筆者總結(jié)了諸多經(jīng)驗(yàn)，由于其作為新生的事物，在設(shè)計(jì)上，還存在許多待完善的地方。    關(guān)鍵詞：太陽能光伏建筑;能源危機(jī);環(huán)境危機(jī);優(yōu)點(diǎn);不完善 在21世紀(jì)的今天，人類在生活、生產(chǎn)中所利用的主要能源為化石燃料，包括:煤炭、石油、天然氣，這些化石能源極大的推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。但鑒于化石能源

2、的有限性、再生周期長、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重等原因，新能源、可再生潔凈能源的開發(fā)逐漸被提上日程。太陽能以其巨大、無窮的能量儲(chǔ)備及獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，必將成為21世紀(jì)人類社會(huì)所需能源的主要來源。建筑物作為能源消耗的一個(gè)主要方面，對(duì)其進(jìn)行能量消耗的改造顯得尤為重要，在這一大環(huán)境下，太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化這一概念應(yīng)運(yùn)而生。一、太陽能光伏系統(tǒng)和光伏建筑一體化(BIPV)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽能電池半導(dǎo)體材料在太陽光照射下產(chǎn)生電位差這一現(xiàn)象，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式。其中獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)又分為：直流負(fù)載獨(dú)立系統(tǒng)和交流負(fù)載獨(dú)立系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，

3、包括：太空、交通、通訊、家庭燈具電源、光伏電站、太陽能建筑等。其中太陽能光伏建筑是現(xiàn)在和未來光伏發(fā)展中的一個(gè)重要方向。光伏建筑一體化就是指在建筑設(shè)計(jì)初期，將新型太陽能光伏技術(shù)融入到建筑設(shè)計(jì)中，使之成為建筑的一個(gè)有機(jī)組成部分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試。在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要保證建筑的美學(xué)特性，還要保證太陽能光伏技術(shù)的可用性，因此應(yīng)該從技術(shù)和美學(xué)兩方面入手，使建筑設(shè)計(jì)與太陽能光伏技術(shù)有機(jī)結(jié)合，由此產(chǎn)生了“一體化設(shè)計(jì)” 。光伏建筑一體化系統(tǒng)主要有兩種形式:光伏屋頂結(jié)構(gòu)(PVROOF)和光伏墻結(jié)構(gòu)(PVWALL) 。其中光伏屋頂結(jié)構(gòu)包括：光伏組件與低層建筑結(jié)合、光伏組件與小高層、高層建筑結(jié)合、光伏組件與公共建筑結(jié)

4、合三種形式。BIPV系統(tǒng)一般由光伏陣列(電池板)、陣列與墻面(屋頂)間的冷卻空氣流道、支架、負(fù)載，有時(shí)還帶有蓄電池、逆變器及有利于系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)的復(fù)雜裝置等。二、光伏建筑一體化的優(yōu)點(diǎn)和存在問題2.1光伏建筑一體化有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）光伏構(gòu)件可以作為墻體或屋頂?shù)囊徊糠郑@既節(jié)省了建筑材料又減少了光伏系統(tǒng)本身的占地面積，這對(duì)于土地昂貴、人口密集的地段的城市建筑尤為重要。（2）建筑物可實(shí)現(xiàn)能源的自給自足，這減少了遠(yuǎn)距離送電過程中的能量損失，并且可以緩解用電高峰期的供電緊張現(xiàn)象。同時(shí)，原地發(fā)電、原地供電的優(yōu)點(diǎn)節(jié)省了電站對(duì)送電網(wǎng)的投資。（3）太陽能作為清潔能源，避免了使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污染和

5、廢渣污染，其對(duì)環(huán)保的貢獻(xiàn)是不容小覷的。（4）隨著不同功能和各種造型、色彩光伏模塊的誕生，建筑物的總體造價(jià)不斷下降。（5）由于光伏陣列被安裝在屋頂和墻壁等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，降低了室外綜合溫度，減少了墻體溫度、降低了室內(nèi)空調(diào)冷負(fù)荷，在節(jié)省能源的同時(shí)又制造了新能源。2.2存在問題：    BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一個(gè)新生事物，其能否普及是建立在它是否經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上的。光伏系統(tǒng)的總費(fèi)用包括初始投資額和運(yùn)行費(fèi)用，初始投資額包括光伏系統(tǒng)的全部模塊購買、施工、及直接投資的費(fèi)用，包括規(guī)劃、地皮、地面整頓、通輸、基建等。運(yùn)行費(fèi)用包括人員工資、定期維護(hù)、間或有之的必要的檢修及其他可能的稅收、保險(xiǎn)金等

6、。其費(fèi)用消耗是一個(gè)動(dòng)態(tài)、長期的過程，在此過程中，存在諸多的不可預(yù)見性，用于BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法依然是需要研究的課題。三、光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則    在對(duì)BIPV光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)有諸多因素影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如：太陽能電池方陣上的傾斜角度、建筑地理位置、地形、建筑物形態(tài)，太陽能電池充放電控制器元器件的性能、質(zhì)量，負(fù)載的用電情況等。因此在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要調(diào)查、獲取詳盡的相關(guān)資料，包括建筑的地理位置、本地的氣象資料、建筑及周邊的現(xiàn)場情況、負(fù)載情況等，盡量使得光伏組件在滿足供電需求和建筑物美觀的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)上更劃算。四、光伏建筑一體化應(yīng)注意的問題 

7、   在光伏建筑一體化設(shè)計(jì)中應(yīng)注意如下幾個(gè)方面：4.1 建筑物整體的藝術(shù)性    建筑設(shè)計(jì)的美觀性是不容忽視的。在設(shè)計(jì)時(shí)要保持建筑物視覺上的整體性和統(tǒng)一性，并且要充分發(fā)揮光伏材料本身的視覺特色和形式美，將材料的不同樣式和特色與建筑有機(jī)的結(jié)合起來。4.2 技術(shù)性：    在安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)模塊時(shí)，必須考慮其安裝方式。在安裝過程中應(yīng)注意電池方陣與周圍建材的平滑連接，還要考慮系統(tǒng)能很好的通風(fēng)降溫。4.3 安全性    安全是任何一個(gè)建筑設(shè)計(jì)首要關(guān)注的問題。在安裝時(shí)，應(yīng)考慮屋頂?shù)某休d能力和太陽電池板對(duì)屋頂載荷的影響，同時(shí)也要考慮

8、太陽電池板自身載荷和抵抗狂風(fēng)、冰雹等自然現(xiàn)象沖擊的能力，保證光伏系統(tǒng)與建筑的安全可靠。五、國內(nèi)外光伏建筑一體化發(fā)展現(xiàn)狀    聯(lián)合國能源機(jī)構(gòu)最近的調(diào)查報(bào)告指出:太陽能光伏節(jié)能建筑將成為21世紀(jì)初市場的一個(gè)熱點(diǎn)，成為21世紀(jì)最重要的新興產(chǎn)業(yè)。西方一些發(fā)達(dá)國家，特別是美國、德國和日本，在光伏建筑一體化設(shè)計(jì)上起源較早，因此其設(shè)計(jì)技術(shù)已相當(dāng)成熟，也積累了較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。      有“光伏黑洞”之稱的德國是世界上應(yīng)用太陽能、實(shí)現(xiàn)太陽能建筑一體化的強(qiáng)國。1990年，其首先開始實(shí)施“一千屋頂計(jì)劃”，鼓勵(lì)居民住宅與公共建筑覆蓋光伏發(fā)電設(shè)備。  &

9、#160; 有著豐富的太陽能的日本也很重視太陽能光伏建筑一體化技術(shù)的研究和利用。上世紀(jì)90年代，日本投入80億日元巨資用于太陽能光伏電池的生產(chǎn)，并資助一些大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)和公司進(jìn)行開發(fā)研究。    中國政府早在1987年就鼓勵(lì)可再生能源的使用，但是太陽能光伏建筑起步較晚，技術(shù)也較落后。在政府對(duì)可再生能源利用的重視以及部分地區(qū)供電需求無法滿足現(xiàn)狀的壓力下，中國的太陽能光伏技術(shù)有了初步的發(fā)展。而后，隨著光伏發(fā)電領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變，我國的光伏建筑一體化系統(tǒng)的研究與開發(fā)己取得了很大的發(fā)展。如在2008年，北京奧運(yùn)場館外墻裝有太陽能電池、周圍80%90%的路燈和洗浴熱水將來自太陽能光伏技術(shù)。在上海有“10萬太     陽能屋頂計(jì)劃”，無錫、蘇州等地有關(guān)單位也在策劃有關(guān)光伏推廣計(jì)劃。結(jié)論：    太陽能光伏建筑作為時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，其技術(shù)還不夠成熟。特別是在中國，其研究和推廣力度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為了能更大程度的享受到太陽能光伏建筑帶給我們的利益，需要政府、技術(shù)部門、開發(fā)商和建筑師、工程師都做出不懈的努力，相互合作，共同推進(jìn)太陽能光伏建筑的發(fā)展。參考文獻(xiàn)：【1】楊紅.太陽能光伏-建筑一體化及其在美國的實(shí)施J. 工業(yè)建