李艾+于京滄+金鑫+姜雪晶

摘 要：太陽能是地球上所有人類賴以生存的能源，也是一切其他能源的來源，無論是石油能源、火能，還是現(xiàn)代高科技研究產(chǎn)物新能源等，都由太陽能通過轉(zhuǎn)化得來，在一定歷史時期為人類生活提供能源或便利。因此，隨著科技的發(fā)達，人類漸漸掌握了更多將太陽能轉(zhuǎn)化為我們需要能源的方法，這種通過某種特定裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為特定能源的方式，叫做太陽能轉(zhuǎn)換。因此，筆者將介紹通過太陽能轉(zhuǎn)化為電能的技術，也就是太陽能光伏發(fā)電技術，來研究太陽能光伏發(fā)電技術在建筑設計中的應用。

關鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；建筑設計；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.171

太陽能轉(zhuǎn)化為電能主要依靠光伏發(fā)電原理，也就是研發(fā)一種能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的半導體，將這種半導體安裝在太陽能電池中，在接受光照過程中電池中的半導體吸收光照，并將光能轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)，帶電離子在電池中自由移動，在脫離原子核正電束縛后，形成自由帶電離子，在閉合電路中定向移動，最后形成電流，這個過程就是太陽能轉(zhuǎn)化為電能的過程，這種發(fā)電方法不同于風力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電等傳統(tǒng)高污染、高能源浪費發(fā)電方法，而是高效率、低污染的方式，并且擁有高再生性，能承受長時間的使用。但這種環(huán)保發(fā)電方法在實踐中也會受到成本和環(huán)境的限制。我國的光伏發(fā)電還處于高速發(fā)展狀態(tài)，因此國家對這種環(huán)保發(fā)電方法提供更多支持，也相應出臺很多政策為這種發(fā)電方法開辟綠色通道。不同于過去先污染再治理的觀念，我國提倡在環(huán)保中發(fā)展的道路，因此保護我們的生存環(huán)境，為地球未來的發(fā)展提供更科學的方法，是我們加大太陽能光伏發(fā)電技術在建筑設計中應用的源動力。

1 在建筑設計中應用太陽能光伏發(fā)電光技術的優(yōu)勢

不僅是我國，全球范圍內(nèi)其他國家也在大力提倡使用太陽能進行環(huán)境保護和節(jié)約資源，因為通過太陽能光伏發(fā)電技術不僅能節(jié)省其他稀有資源如石油、煤炭和天然氣等，還有降低浪費、高效環(huán)保的特點。

第一，通過光伏發(fā)電技術產(chǎn)生的是電能，這種發(fā)電方式對環(huán)境的污染近乎于無，且生產(chǎn)出的電能是清潔能源，太陽能在當下依然屬于可再生能源，利用太陽能不僅降低了對環(huán)境的破壞，還達到可持續(xù)發(fā)展的目的。第二，光伏發(fā)電的裝置雖然成本較高，可使用時間長，材料占地面積小，簡單安裝在屋頂即可使用，不必另外開辟場地安置，不僅工廠可以大范圍使用，一般住戶也能在住所附近安裝。第三，白天光照強烈，電池可以在這個時段大量儲存能源，當晚間用電高峰期來臨時，光伏發(fā)電生產(chǎn)的電能就能緩解用電緊張的現(xiàn)象，減少地區(qū)發(fā)電廠的壓力。第四，普通居民安裝在屋頂或墻壁上的太陽能光伏發(fā)電裝置在一定程度上吸收了光能，避免陽光直接照射建筑物，也減少了建筑物對光能的吸收，在夏季也可以降低室內(nèi)溫度，起到一舉兩得的目的。第五，太陽能轉(zhuǎn)化隨時產(chǎn)生隨時使用，這點在普通居民使用中尤其明顯，只要有光照，就能產(chǎn)生電能，這就減少了電能從發(fā)電廠輸送到用戶家中的過程產(chǎn)生的浪費，減少遠距離輸送電能在一定程度上也減少了電線的使用，節(jié)省了能源。第六，太陽能光伏發(fā)電基本達到了零污染零排放的要求，而且現(xiàn)代建筑可以在設計過程中將光伏發(fā)電設備融入建筑設計中，這種結合不僅美觀，而且環(huán)保節(jié)能，在許多發(fā)達國家已經(jīng)大范圍使用。

因此，上述六點都是光伏發(fā)電對環(huán)境、人類產(chǎn)生的積極作用，光伏發(fā)電項目的推廣符合未來建筑設計發(fā)展方向，不僅能通過建筑設計和建筑物進行完美的融合，還能極大程度上減少環(huán)境污染，通過利用環(huán)保的太陽能產(chǎn)生無污染的電能，一方面減少建筑物因為光照帶來的磨損，另一方面收集陽光降低地方電網(wǎng)壓力，在商業(yè)、普通居民中適用度都很高，是能廣泛推廣的環(huán)保方式。

2 光伏發(fā)電技術在建筑設計中的應用

2.1 建材型建筑

建材型建筑就是在建筑設計階段，將光伏發(fā)電設備融入建筑物中作為常規(guī)建筑材料使用，傳統(tǒng)建筑物將磚面或鋼混結構作為外墻，主要用于保護建筑主體安全和美觀，但現(xiàn)在可以將太陽能光伏發(fā)電設備嵌入外墻，作為建筑裝飾面，起到吸收光能轉(zhuǎn)化電能和建筑物安全美觀的作用，在發(fā)電供應建筑物內(nèi)部光照的同時，吸收陽光避免室內(nèi)高溫，減少空調(diào)使用頻率，降低建筑物對環(huán)境破壞。

建材型建筑的光伏發(fā)電設備材料主要由鋼和玻璃組成，在整體設計中不僅要考慮建筑物和設備的安全性能，還要注重現(xiàn)代建筑屋頂美觀，光伏發(fā)電設備要具有一定縱深才能高效吸收光能，避免建筑物大量光照，在居民建筑物中要考慮頂層住戶和中間層住戶的區(qū)別，在設計時注重樓頂和樓體表面設備的安裝，保障電能輸送到每一戶居民家中，因此在電纜設備安置上也要考慮使用年限等原因。

2.2 普通型建筑

普通型建筑不同于建材型建筑將光伏發(fā)電設備融入建筑物中的特點，而是在建筑物表面安裝設備，做簡單的結合處理，適用于目前已有建筑物，但在較常用于頂層用戶，主要材料有鋼混支架，發(fā)電設備和電線等，由于只能設置在樓頂，因此也要格外注意磨損和防雷，建筑表面安置的發(fā)電設備安置簡單方便，安裝成本相較于建材型建筑較低，且具有更強的使用性能，屋頂吸收光照多使得發(fā)電量較多，這種高效率的發(fā)電方式在我國居民建筑物群中非常實用。

3 結論

當下我國大量建筑物樓頂都安裝了這種簡易的太陽能光伏發(fā)電設備，普通型建筑的推廣已經(jīng)頗具成效，但光伏發(fā)電設備的建材型建筑推廣目前較少，由于受到成本較高、知名度較低的限制，光伏發(fā)電設備的大范圍推廣還需要研究者們花費大量時間和努力，能源問題和環(huán)保問題已經(jīng)是全球都在關注的問題，環(huán)保節(jié)能的建筑物應該在未來得到推廣，尤其是對太陽能這種零污染能源的利用。本文通過介紹太陽能光伏發(fā)電技術在建筑設計中的應用，提出兩點當下及未來可行的方案，希望對我國建筑物光伏發(fā)電設備推廣提供建設性意見。

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