吳風(fēng)偉

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一、太陽(yáng)能發(fā)電工作原理與建筑集成系統(tǒng)

（一）太陽(yáng)能發(fā)電工作原理

太陽(yáng)能發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽(yáng)能電池，也就是我們通常說(shuō)的光伏電池。它的基本原理就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能?；驹恚禾?yáng)能電池吸收了一定量的光子后，半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生了電子空穴位，光生載流子的一對(duì)帶不同的電性，電子帶負(fù)電，空穴位帶正電。一對(duì)電性相反的載流子在靜電場(chǎng)的作用下分離開(kāi)，這時(shí)的電子和空穴位就會(huì)被太陽(yáng)能電池的正負(fù)極吸收，就會(huì)產(chǎn)生電流在外電路中，太陽(yáng)能不斷的收集轉(zhuǎn)換最終成為我們實(shí)用的電能。

（二）太陽(yáng)能建筑集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

太陽(yáng)能建筑集成技術(shù)是在建筑結(jié)構(gòu)外表鋪設(shè)組件，這樣太陽(yáng)射到建筑物的表面后就能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能。常見(jiàn)的光伏建筑系統(tǒng)主要有以下幾種：光伏屋頂、光伏墻和光伏天窗等。我們現(xiàn)在大部分的電能建筑系統(tǒng)運(yùn)用的是光伏屋頂系統(tǒng)，其它結(jié)構(gòu)的也有涉及。我國(guó)現(xiàn)在光伏建筑主要用于國(guó)家和地方性的示范工程，還沒(méi)有完全投入到商業(yè)建筑當(dāng)中。光伏電能系統(tǒng)運(yùn)用最多的是聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)，這種系統(tǒng)產(chǎn)生的電流可以通過(guò)逆變控制器轉(zhuǎn)化為交流電，直接提供給電網(wǎng)，供人們使用。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)就是投資小，對(duì)環(huán)境污染也小。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的設(shè)計(jì)原則可以歸結(jié)為以下幾個(gè)方面，即：實(shí)用性、可靠性、合理性以及高的性價(jià)比。建筑中光伏系統(tǒng)的運(yùn)行可靠，才能滿足用電設(shè)備的需要，這樣才能保證系統(tǒng)配置合理、經(jīng)濟(jì)。在設(shè)計(jì)時(shí)要確定好太陽(yáng)能電池組件功率和蓄電池的容量，選擇好太陽(yáng)能光伏組件與建筑才能更好的和為一體，好的設(shè)計(jì)，光電設(shè)備還能代替部分的建筑材料，也能達(dá)到建筑節(jié)能的效果。

二、太陽(yáng)能光伏建筑一體化的優(yōu)點(diǎn)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑一體化結(jié)合的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：建筑結(jié)構(gòu)與太陽(yáng)能合理配合，達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

（一）綠色能源

太陽(yáng)能光伏建筑一體化利用太陽(yáng)能產(chǎn)生電能，沒(méi)有任何污染，太陽(yáng)是一種綠色能源。太陽(yáng)能清潔且免費(fèi)，在開(kāi)發(fā)利用時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生任何的副作用，同時(shí)太陽(yáng)能又是再生能源。在當(dāng)今社會(huì)污染嚴(yán)重和資源短缺的情況下，這一點(diǎn)是非常關(guān)鍵的。

（二）節(jié)省空間

光伏發(fā)電設(shè)備一般設(shè)置在閑置的屋頂或者外墻上，不需要額外的占用土地，對(duì)于一些大型的城市來(lái)說(shuō)，土地是非常昂貴的，對(duì)于光伏發(fā)電設(shè)備來(lái)說(shuō)，能夠減少很多土地，所以是非常關(guān)鍵的。太陽(yáng)能電池板是組件化的，光伏陣列安裝也比較方便，容量也能根據(jù)負(fù)載的耗電量來(lái)選擇。

（三）減少投資，供電可靠

一般的發(fā)電是要在發(fā)電廠完成，通過(guò)送點(diǎn)設(shè)備對(duì)用戶供電。而太陽(yáng)能光伏發(fā)電則是因地制宜，發(fā)電就在原地，這就減少了電站送電網(wǎng)的投資。太陽(yáng)能發(fā)電既能及發(fā)及用，又能儲(chǔ)存于蓄電池中。在陰雨天或者夜晚光照度小的時(shí)候，用電設(shè)備可以使用存儲(chǔ)在蓄電池中的電能。

三、太陽(yáng)能光伏建筑一體化還存在一些問(wèn)題

（一）第一，太陽(yáng)能發(fā)電的成本相對(duì)較高，是常規(guī)發(fā)電成本的 2?5 倍。第二，一體化的建筑設(shè)計(jì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用較高。第三，太陽(yáng)能發(fā)電與常規(guī)發(fā)電相比，發(fā)電不穩(wěn)定，容易受天氣的影響，所以波動(dòng)性很大，一天中不一定陽(yáng)光都很好，所以怎樣解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電的波動(dòng)性和儲(chǔ)電問(wèn)題是很關(guān)鍵的問(wèn)題。第四，光伏建筑一體化系統(tǒng)冷卻通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較困難，應(yīng)該保證光伏組件的發(fā)電效率隨其表面工作溫度的上升而下降，所以光伏組件屋面設(shè)計(jì)空氣通風(fēng)通道是一項(xiàng)很重要的問(wèn)題所在。據(jù)統(tǒng)計(jì)，組件表面溫度降低 15℃左右，電力輸出就能提高 8%左右。

（二）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體化的要求和建議

太陽(yáng)能光伏發(fā)電建筑一體化系統(tǒng)是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用在建筑中，太陽(yáng)能電池板能夠代替部分的建筑材料，能夠與建筑材料融合為在一起，也不能影響建筑整體的美觀效果。太陽(yáng)能電池板的建筑材料應(yīng)該具備以下要求：保溫隔熱、防水防潮、結(jié)實(shí)牢固等特點(diǎn)，如果是屋頂或者窗戶的光伏裝置，還應(yīng)該具有良好的透光性能。對(duì)于一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)太陽(yáng)能電池板的組件的形狀和結(jié)構(gòu)有特殊的要求，有一些屋頂是拱形的，需要有一定的彎曲度，這些都是特殊要求。如果太陽(yáng)能電池組件作為屋頂或墻面外圍時(shí)，還要考慮電池板的顏色和反光性等的要求，對(duì)于透光性也有一定的要求。

（三）太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，特別是現(xiàn)代的太陽(yáng)能光伏發(fā)電建筑一體化系統(tǒng)，設(shè)計(jì)者需要掌握牢固的理論知識(shí)，還要懂很多較差學(xué)科的問(wèn)題，因?yàn)檫@是一個(gè)涉及到很多知識(shí)的系統(tǒng)，比如建筑設(shè)計(jì)就是很大的一個(gè)部分。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)在我國(guó)一些節(jié)能建筑上有一定的應(yīng)用，但是這項(xiàng)技術(shù)還并不成熟，在技術(shù)方面還存在很多問(wèn)題。下面就是我個(gè)人在此方面提出的一些今后研究性的建議：

第一，怎樣才能灌漿太陽(yáng)能光電系統(tǒng)與建筑完成完美的結(jié)合，并且能夠在效率上達(dá)到更高。第二，在光電板發(fā)電效率上還存在很多問(wèn)題，怎樣更加提高發(fā)電效率，研究其影響的因素等，對(duì)太陽(yáng)光發(fā)電起著至關(guān)重要的作用。第三，對(duì)于光能的儲(chǔ)存和穩(wěn)定性的控制應(yīng)該研究出更多可靠的解決方案。

四、總結(jié)

能源問(wèn)題和可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)在全社會(huì)面臨的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)新能源以及對(duì)現(xiàn)有能源的合理利用也是各國(guó)現(xiàn)在非常重視的問(wèn)題。太陽(yáng)能是一種無(wú)污染而且可再生資源，對(duì)太陽(yáng)能的合理利用是現(xiàn)在以及今后發(fā)展的目標(biāo)。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體化利用太陽(yáng)能發(fā)電，是一種全新的建筑發(fā)電方式，現(xiàn)在我國(guó)的這方面技術(shù)還不夠成熟，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體盡在一些節(jié)能型建筑中使用，還沒(méi)用進(jìn)入商業(yè)化，我相信未來(lái)一定會(huì)更多的利用這種新型的發(fā)電系統(tǒng)，為更多的人們提供方便。