國強

摘要：如今，能源的日益枯竭、環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重，人們也在密切關(guān)注著這些問題，人們的環(huán)境保護和能源供應(yīng)意識也越來越強，也都在尋求可靠的可再生能源。而太陽能作為一種可再生能源，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，具有廣闊的開發(fā)前景，也是發(fā)展低碳經(jīng)濟的必然選擇。太陽能光伏發(fā)電是將太陽能輻射能通過光生伏特效應(yīng)轉(zhuǎn)換為電能，由于它不需要使用燃料，所以也不會污染環(huán)境，是具有清潔性、環(huán)保性的可再生能源，而且還可以持續(xù)供給，如果將其與建筑一體化，那么對于推動節(jié)能建筑的發(fā)展來說，具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：太陽能光伏發(fā)電；建筑一體化技術(shù)；節(jié)能建筑

1太陽能光伏系統(tǒng)和建筑一體化

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是利用太陽能電池半導(dǎo)體材料在太陽光照射下所產(chǎn)生的電位差現(xiàn)象，將太陽光輻射直接轉(zhuǎn)化成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。就目前的情況來看，其主要有兩種形式，即獨立運行和并網(wǎng)運行。獨立運行系統(tǒng)又被分為了直流負(fù)載獨立系統(tǒng)和交流負(fù)載獨立系統(tǒng)。如今，光伏系統(tǒng)的應(yīng)用也是越來越廣泛，在太空、交通以及太陽能建筑等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，而對于太陽能光伏建筑，其是未來發(fā)展中主要的研究方向，需要特別的重視。建筑一體化主要是在建筑設(shè)計的初期使用新型的太陽能光伏技術(shù)，進而形成一個有機組成部分，對其進行整個設(shè)計以及施工和調(diào)試的優(yōu)化。在設(shè)計的過程中，必須要確保建筑的美學(xué)特性，同時還要確保太陽能光伏技術(shù)的使用性能，有效地結(jié)合這兩方面，從而也就形成了一體化設(shè)計。光伏建筑一體化系統(tǒng)目前主要有兩種形式，即光伏屋頂結(jié)構(gòu)以及光伏墻結(jié)構(gòu)。對于光伏屋結(jié)構(gòu)的組成主要有三種形式，第一種是光伏組件與低層建筑結(jié)合，第二種是光伏組件與小高層、高層建筑結(jié)合，第三種光伏組件與公共建筑結(jié)合。

2太陽能光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)，太陽光照在半導(dǎo)體p-n結(jié)上，形成新的空穴-電子對，在p-n結(jié)內(nèi)建電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。

3光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

1）光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。

2）太陽能電池方陣：在光生伏特效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能，是能量轉(zhuǎn)換的器件。太陽能電池一般為硅電池，分為單晶硅太陽能電池，多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池三種。

由此可見太陽能電池中單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率最高。

3）蓄電池組：其作用是貯存太陽能電池方陣受光照時發(fā)出的電能并可隨時向負(fù)載供電。

4）沖放電控制器：是能自動防止蓄電池過充電和過放電的設(shè)備。

5）逆變器：是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網(wǎng)逆變器。目前國內(nèi)并網(wǎng)逆變器的效率一般為92～97%之間。

4光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1） 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)：獨立光伏發(fā)電也叫離網(wǎng)光伏發(fā)電。主要由太陽能電池組件、控制器、蓄電池組成，若要為交流負(fù)載供電，還需要配置交流逆變器。由于需裝設(shè)蓄電池組，系統(tǒng)造價相對較高。

2） 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)：并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池方陣并網(wǎng)逆變器組成，

不經(jīng)過蓄電池儲能，通過并網(wǎng)逆變器直接將電能輸入公共電網(wǎng)。并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相比離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，減少了其中的能量消耗，節(jié)約了占地空間，還降低了配置成本。

3） 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的光伏發(fā)電供電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備。

目前應(yīng)用最為廣泛的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，是建在城市建筑物屋頂?shù)墓夥l(fā)電項目。

4） 光伏發(fā)電系統(tǒng)按負(fù)荷形式可分為下列三種系統(tǒng)

4.1小型系統(tǒng)，裝機容量不大于20kWP的系統(tǒng)。

4.2中型系統(tǒng)，裝機容量在20kWP-400kWP之間的系統(tǒng)。

4.3大型系統(tǒng)，裝機容量大于400kWP以上的系統(tǒng)。

5太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

1）透光技術(shù)的應(yīng)用

在建筑中，頂部光伏采光是最常用的方式，效果也非常的顯著。在頂部進行采光，一方面，太陽相當(dāng)于直射在頂部，能夠使太陽能的吸收率得到提高，使玻璃幕墻不能對陽光進行足夠吸收的弊端得以解決；另一方面，在頂部進行采光時，還要對沒有遮擋或者遮擋率比較低的地方進行選擇，這樣能夠保證最大的吸收太陽能。除此之外，為了能夠?qū)μ柲苓M行最大化的吸收，在安裝時可以選擇透明度比較高的材質(zhì)。對太陽能光伏采光頂進行利用，能夠使太陽能對建筑物的輻射大幅降低，進而增大建筑物的受光率，并且起到對陽光進行遮擋的作用。

2）光伏器件作為屋頂材料

在太陽能光伏發(fā)電中最大的優(yōu)勢是將光伏氣作為屋頂?shù)牟牧?，這樣不需要額外的建筑空間，能夠得到廣泛的使用，同時屋頂具有很多的太陽光照射，就算是在冬天，也能夠?qū)崿F(xiàn)白天日照，從而提高太陽能的使用效率。另外，屋頂材料的光伏器件能夠通過施工與屋面結(jié)構(gòu)進行連接，從而能夠有效地控制大風(fēng)以及暴風(fēng)雨等方面所產(chǎn)生的影響。最后使用太陽能電池組件代替屋面保溫隔熱，不僅能夠保護建筑物面，防止受到影響，同時也能夠有效地控制整體的應(yīng)用成本，因此進一步加強對其的研究非常有必要。

3）光熱發(fā)電

在建筑物中對太陽能光熱加以利用進行發(fā)電，不再使用傳統(tǒng)的發(fā)電方式，可以避免使用昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，從而使發(fā)電的成本得到減少。而且，利用光熱發(fā)電還有將太陽能加熱的水儲存起來的優(yōu)點，即使沒有光照，也可以將汽輪帶動發(fā)電好幾個小時。利用光熱進行發(fā)電時，充分合理的利用資源，發(fā)揮資源的價值，在技術(shù)和資金條件的允許下，還可以綜合利用多種能源，進行互補發(fā)電，也可以考慮聯(lián)合熱電站進行發(fā)電。

4）光伏幕墻技術(shù)的應(yīng)用

如今，光伏建筑一體化主要是光伏幕墻在建筑中的應(yīng)用。光伏幕墻技術(shù)主要是在玻璃幕墻夾層中壓入光伏方陣，在玻璃幕墻內(nèi)使用雙玻璃光伏組件來替代普通的材料，從而能夠使其具備相應(yīng)的功能，包括隔音、隔熱以及安全等方面，光伏玻璃幕墻能夠最大程度利用太陽能，有效地達到綠色控制作用，因此，建筑光伏一體化技術(shù)也是未來主要的發(fā)展方向，需要重點加強該部分的研究。

6太陽能光伏發(fā)電在建筑工程中的優(yōu)勢

在建筑工程中使用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)變得越來越廣泛。運用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，不僅可以起到節(jié)能能源的作用，還可以減少對環(huán)境的污染與破壞。主要的表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，通過使用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，可以實現(xiàn)電能的產(chǎn)生。這種發(fā)電的方式對環(huán)境來說是沒有污染的；第二，使用光伏發(fā)電的機械設(shè)備成本比較高，但設(shè)備使用的時間很長，材料的占地面積也比較小，只需要在屋頂上面進行簡單的安裝就可以，不用占用其他的場地與空間，這樣可以在工廠中進行廣泛的使用，通常情況下，在住戶的住所旁也可以進行應(yīng)用；第三，太陽白天的光照會很強，電池可以在這一時間進行能源的大量儲存，在晚間用電高峰的時候就可以提供使用，光伏發(fā)電生產(chǎn)的電力能源就可以有效的解決人們?nèi)粘Ｉ钪谐霈F(xiàn)的用電緊張的情況，為地區(qū)的發(fā)電廠減少很大的壓力；第四，在居民的居住場所的屋頂或者墻壁上安裝太陽能光伏發(fā)電裝置，可以保證太陽能的吸收，減少陽光照射導(dǎo)致的建筑的損傷。也可以有效的避免光能的浪費，在夏季還可以降低室內(nèi)的溫度，起到很好的效果；第五，對于建筑一體化技術(shù)中太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的使用，可以隨時使用太陽能轉(zhuǎn)化的能源，這在居民的生活中是非常重要的。為人們的生活帶來很大的便捷，也節(jié)約了電能的使用與浪費，為國家的全面發(fā)展提供重要的幫助；第六，在太陽能光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境的零破壞，因為它不會排放任何有害的物質(zhì)，對自然造成環(huán)境的破壞。所以，在現(xiàn)代化的建筑工程中應(yīng)用太陽能光伏技術(shù)可以實現(xiàn)很多的優(yōu)點，不僅美觀，而且可以保護環(huán)境，起到節(jié)約能源的作用。這一技術(shù)在發(fā)達國家中也是被廣泛的使用。光伏發(fā)電項目的使用與國家未來設(shè)計的發(fā)展方向是一致的，有利于國家健康、可持續(xù)的發(fā)展，也是未來高新技術(shù)發(fā)展的一個重要的標(biāo)志。

7結(jié)語

總而言之，建筑工程中應(yīng)用太陽能光伏一體化是主要的發(fā)展方向，不僅能夠有效地進行能源控制，同時也能夠提高太陽能的利用效率，有效地將自然資源進行合理利用，進而達到可持續(xù)發(fā)展的目的，因此需要重點加強對其的研究。

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（作者單位：中國中元國際工程有限公司）