王義函

【摘 要】我們的最終目的是創(chuàng)造一種適合辦公、學(xué)習(xí)場所的高效的新BIPV裝置。我們根據(jù)綠色建筑理念，提出從占建筑物表面積60%的窗戶上采取太陽能來供給室內(nèi)用電的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)耗能減少，達(dá)到節(jié)能減排的目的。目前市場此類產(chǎn)品不多，此類產(chǎn)品市場潛力大。我們分析了它的市場價值，市場潛力，不久的將來能給國家?guī)戆賰|經(jīng)濟(jì)增值。我們還對比了一些目前已有的產(chǎn)品，性能上，綜合了他們的優(yōu)點(diǎn)，分析了我們的創(chuàng)新性，同時也指出了我們的不足之處。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；自動化；光伏百葉窗

一、基本概念

（一）綠色建筑理念：

綠色建筑指的是在全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生，即能夠達(dá)到節(jié)能減排目的建筑物。眾所周知，“綠色建筑”的“綠色”，并不是指一般意義的立體綠化、屋頂花園，而是代表一種概念或象征，指建筑對環(huán)境無害，能充分利用環(huán)境自然資源，并且在不破壞環(huán)境基本生態(tài)平衡條件下建造的一種建筑，又可稱為可持續(xù)發(fā)展建筑、生態(tài)建筑、回歸大自然建筑、節(jié)能環(huán)保建筑等。

（二）基于綠色建筑的光電一體化結(jié)構(gòu)（BIPV）：

BIPV即Building Integrated PV是光伏建筑一體化。BIPV技術(shù)是將太陽能發(fā)電（光伏）產(chǎn)品集成到建筑上的一種技術(shù)。在發(fā)達(dá)國家，建筑用能占全國總能耗的30%—40%，對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)形成了一定的制約作用，所以在未來BIPV必然會成為一個發(fā)展的趨勢。這項(xiàng)技術(shù)有著采光好、安全性高、安裝方便、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并且它適合于大多數(shù)的建筑，在平屋頂、斜屋頂、幕墻、天棚等結(jié)構(gòu)上都可以安裝。

二、設(shè)計前序

（一）研究目的：

盡管中國綠色建筑發(fā)展速度快，但是綠色建筑技術(shù)仍存在缺陷，缺乏創(chuàng)新性。本次研究旨在根據(jù)BIPV原理，設(shè)計出用于學(xué)校、辦公樓、家庭書房等辦公地點(diǎn)的光電一體式太陽能百葉窗。并且令它具備以下幾點(diǎn)能力：

* 可以根據(jù)室內(nèi)的光強(qiáng)，自動調(diào)節(jié)扇葉的角度，以調(diào)節(jié)入光量來使室內(nèi)滿足辦公、書寫等所需的光強(qiáng)強(qiáng)度要求。

* 其扇葉上覆蓋有薄太陽能電池板（或者直接用略厚的太陽能電池板當(dāng)扇葉），收集直射在窗戶上的太陽能。

* 外接插座，實(shí)現(xiàn)即時向室內(nèi)供電，同時也外接蓄電池，用于其他用電，如：樓道的夜間照明供電等。

并進(jìn)一步探究探討該技術(shù)未來的發(fā)展前景，為在我國發(fā)展綠色建筑做出先行探索。

（二）選題原由：

* 由資料可知，在公司大樓的辦公室，初中高甚至大學(xué)校教室中都存在著入射光線太強(qiáng)以至需要拉上窗簾，并且開燈辦公的現(xiàn)象。這不僅額外浪費(fèi)了電力，還浪費(fèi)了原本應(yīng)該射入室內(nèi)的太陽能。

* 在發(fā)達(dá)國家，建筑用能已占全國總能耗的30%—40%

* 窗戶面積占建筑物側(cè)表面百分之60以上。那么能不能利用這些電力以達(dá)到節(jié)能的效果呢？于是我們?nèi)ニ鸭艘恍┫嚓P(guān)的資料，決定從窗戶入手是一個切實(shí)可行的辦法。

* 并且隨著科技的快速前進(jìn)，智能家居也在不斷的往自動可控化的方向發(fā)展著，太陽能窗簾自然也會越來越普及。

* 不妨設(shè)想長遠(yuǎn)一些，假設(shè)有一天大家都換上了太陽能簾，如同現(xiàn)今的太陽能熱水器并入國網(wǎng)供電一樣，實(shí)現(xiàn)取電于窗，連入國網(wǎng)，那么這個意義便是極大的。

（三）產(chǎn)品的現(xiàn)實(shí)意義：

* 緩解供電壓力，提高能源效率：

國內(nèi)發(fā)展綠色建筑將有效帶動新型建材、新能源、節(jié)能服務(wù)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有望撬動超過萬億元的綠色市場規(guī)模。目前中國帶有綠色建筑評價標(biāo)識的建筑總面積不足4000萬平方米，由此可見綠色建筑在未來的發(fā)展空間是巨大的。

* 緩解環(huán)境危機(jī)，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展

霧霾圍城，如今發(fā)展清潔能源已成為大趨勢，從未來上看，發(fā)展太陽能是必須的，而未來又必須要著手于現(xiàn)在。從綠色建筑上來說，建筑作為人工環(huán)境，是滿足人類物質(zhì)和精神生活需要的重要組成部分。中國正處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，若要在未來15年內(nèi)保持GDP年均增長7%以上，則將面臨巨大的資源約束瓶頸和環(huán)境惡化壓力。嚴(yán)峻的事實(shí)告訴我們，中國要走可持續(xù)發(fā)展道路，發(fā)展節(jié)能與綠色建筑刻不容緩。

減少電量消耗，優(yōu)化用電方式。

* 設(shè)計合理，經(jīng)濟(jì)環(huán)保

綠色建筑通過科學(xué)的整體設(shè)計，集成綠色配置、自然通風(fēng)、自然采光、低能耗圍護(hù)結(jié)構(gòu)、新能源利用、中水回用、綠色建材和智能控制等高新技術(shù)，具有選址規(guī)劃合理、資源利用高效循環(huán)、節(jié)能措施綜合有效、建筑環(huán)境健康舒適、廢物排放減量無害、建筑功能靈活適宜等六大特點(diǎn)。它不僅可以滿足人們的生理和心理需求，而且能源和資源的消耗最為經(jīng)濟(jì)合理，對環(huán)境的影響最小。

三、理論計算

（一）耗材預(yù)測

整個設(shè)備生產(chǎn)下來所需為：

電機(jī)、太陽能片、百葉窗、蓄電池、以及繩索等小物件，列入成產(chǎn)線后，統(tǒng)共耗材費(fèi)約為300元。

（二）產(chǎn)能節(jié)約費(fèi)

太陽能板產(chǎn)能取決于兩個因素：光照強(qiáng)度和太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率。我們以普通窗戶1.5平方米1小時發(fā)電量為例來計算。

假設(shè)每天平均光照強(qiáng)度是1000W/m^2，太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率是20%，那么功率P=1000W/m^2×1.5m^2×20%=300W，1小時發(fā)的電就是0.3度。按照這個方式計算，不同光照強(qiáng)度，電池板轉(zhuǎn)換效率不同的情況下產(chǎn)的電量都是不一樣的。

一天8小時光照，0.3*8=2.4度，每度電0.5元的話，一天節(jié)省2.4*0.5=1.2元。

綜上兩點(diǎn)，只需要300/1.2=250天即可收回成本，然后節(jié)能產(chǎn)電。

四、分析

（一）與相似產(chǎn)品的對比：

德國的太陽能遮陽板，直接一整塊2x2米厚太陽能電池板傾斜遮擋窗戶前，上端固定可轉(zhuǎn)動，只能滿足閉合（完全不允許入光）或者張開固定角度（正面對太陽），活動不靈活，優(yōu)點(diǎn)是收集的太陽能較多，但不符合實(shí)際辦公學(xué)習(xí)的條件，不符合本產(chǎn)品應(yīng)用在辦公地點(diǎn)的要求，不能根據(jù)需要調(diào)節(jié)入光量。

國內(nèi)有自動調(diào)節(jié)的窗簾，與本產(chǎn)品自動控制結(jié)構(gòu)相似，無太陽能電池機(jī)構(gòu)，要耗費(fèi)室內(nèi)的電力。但是如果出現(xiàn)對自動調(diào)整的光線不滿足，無法辦公、學(xué)習(xí)時在座位上調(diào)整，還需起身。本產(chǎn)品有隨時隨地調(diào)節(jié)。而且本產(chǎn)品可實(shí)驗(yàn)電力自給，并有電力輸出。

（二）創(chuàng)新點(diǎn)：

1）符合當(dāng)下國家發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，略作填補(bǔ)了國內(nèi)BIPV上的空白；

2）四路互鎖控制電路的實(shí)施，解決了控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)容易，控制停止后再正（反）轉(zhuǎn)難的問題；

3）實(shí)現(xiàn)了太陽能電池板與自動化窗簾的結(jié)合，暫時市場還沒這種產(chǎn)品；

4）智能家居理念，實(shí)現(xiàn)了窗簾的自動化。

5）綠色建筑及節(jié)能減排，建筑物室內(nèi)耗能的減少，建筑物表面的能源利用，符合綠色建筑的要求。

五、總結(jié)

國策上，國家已經(jīng)開始發(fā)展BIPV與綠色建筑，投入了大量資金，公布了各項(xiàng)政策。

建筑物節(jié)能上，充分利用好建筑物表面的能量，減少建筑室內(nèi)的耗能，不僅不浪費(fèi)室內(nèi)供電，好用建筑物表面能量供給室內(nèi)用電。

經(jīng)濟(jì)上，BIPV可帶動萬億產(chǎn)業(yè)鏈，而且降低電價，前景豐厚。

環(huán)境上，綠色能源、綠色建筑正是污染嚴(yán)重的國內(nèi)所需要的。

能源的枯竭，污染的加重，以及新能源、新理念的提出，鞭促著我們跟緊時代的步伐，為未來做好準(zhǔn)備。

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