劉志勇

摘要：現(xiàn)代化社會(huì)中，人們對(duì)舒適建筑環(huán)境的追求越來越高，導(dǎo)致建筑采暖、空氣調(diào)節(jié)、照明等能耗日益增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的化石能源也在不斷消耗殆盡。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科技的飛速發(fā)展，各種新型能源逐步得到人們重視。太陽(yáng)能作為新型能源中的一種，具有可再生、能量大、普及廣、綠色清潔等優(yōu)點(diǎn)。近年來，光伏發(fā)電在新能源開發(fā)利用上得到了廣泛的應(yīng)用，其中光伏建筑一體化應(yīng)用技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;光伏建筑一體化;能源

一、太陽(yáng)能利用技術(shù)方法與優(yōu)點(diǎn)

工程實(shí)踐表明，光伏發(fā)電技術(shù)是一種技術(shù)可靠、使用便捷、低碳環(huán)保，易于大規(guī)模生產(chǎn)利用的先進(jìn)可再生能源技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）太陽(yáng)能資源是一種取之不盡、用之不竭的潔凈的可再生能源。開發(fā)利用時(shí)不消耗傳統(tǒng)化石燃料能源，不會(huì)排放產(chǎn)生廢水、廢氣、廢渣等污染物，是自然能源中較為理想的清潔能源。（2）太陽(yáng)能利用不受地域條件的限制。任何有太陽(yáng)的地域均可就地開發(fā)利用。不存在選址、運(yùn)輸?shù)葐栴}，特別是在交通不便利、偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村、海島，太陽(yáng)能能利用價(jià)值更高。（3）太陽(yáng)能可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單。光電板、逆變器、蓄電池等設(shè)備分布安裝，提高了整個(gè)能源系統(tǒng)的安全性、可靠性及耐久性。即使在惡劣的使用環(huán)境下，光伏發(fā)電系統(tǒng)故障也較少，因此運(yùn)行維護(hù)成本較低。（4）光伏建筑集成由于占地面積小、安裝便利、供電可靠等原因，是目前國(guó)際上太陽(yáng)能研究發(fā)展的前沿。

二、太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體化利用方式與優(yōu)勢(shì)

（一）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體化利用方式?！肮夥l(fā)電與建筑物一體化”的概念在1991年正式提出，是目前世界上大規(guī)模利用光伏發(fā)電的研發(fā)熱點(diǎn)。太陽(yáng)能光伏與建筑物相結(jié)合主要有兩種形式：一種是在建筑物屋頂、立面安裝平板光伏器、光伏陣列與電網(wǎng)并聯(lián)向用戶供電，從而形成用戶聯(lián)網(wǎng)光伏系統(tǒng)。第二種形式是將光伏器件與建筑實(shí)現(xiàn)集成一體化，即在建筑物屋頂或立面安裝光伏發(fā)電電池板，用光伏發(fā)電的玻璃幕墻代替普通的玻璃幕墻，由屋頂和墻面的光伏器件直接吸收轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能，太陽(yáng)能系統(tǒng)平板既可以做建材又可以發(fā)電，進(jìn)一步降低光伏發(fā)電的成本。目前，許多國(guó)家已研制出大尺度的彩色光伏模塊可替代昂貴的墻體外飾材料，使光伏發(fā)電與建筑物一體化成本進(jìn)一步降低。

建筑物與太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步有機(jī)結(jié)合是將太陽(yáng)能電池板與建筑頂面、立面材料集成一體化。建筑物建設(shè)使用過程中，建筑立面墻體結(jié)構(gòu)表面通常采用噴涂涂料、鋪貼瓷磚、安裝幕墻玻璃等。如果用太陽(yáng)能電池板替代建筑立面墻體及屋頂建筑材料，太陽(yáng)能電池板既可作為建筑裝飾材料，也可以用于光伏發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板與建筑的有機(jī)一體化結(jié)合，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化推廣與應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題，這種結(jié)合并非是建筑與太陽(yáng)能電池板簡(jiǎn)單“疊加”，而是在建筑與光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案階段將太陽(yáng)能電池板納入建筑設(shè)計(jì)構(gòu)思中。

太陽(yáng)能電池板用于建筑材料，必須具備建筑材料的基本要求，如堅(jiān)固耐久、防水防潮、保溫隔熱、隔音等以及適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和剛度等性能。若安裝在屋頂、窗戶等，還應(yīng)具有透光的性能。太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑有機(jī)結(jié)合，根據(jù)建筑工程使用及工況的需要，與普通的平板式光伏系統(tǒng)組件不同，太陽(yáng)能電池板兼有發(fā)電與建筑裝飾材料的功能，必須滿足建筑材料的基本性能需要。應(yīng)該遵循以下原則：①建筑物設(shè)計(jì)完成后使太陽(yáng)能電池板成為建筑不可缺少的一部分，成為建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)成部分。②太陽(yáng)能電池板的顏色和肌理必須與建筑物的相關(guān)部分相和諧統(tǒng)一，與建筑物的整體風(fēng)格相結(jié)合。③太陽(yáng)能電池板的比例和尺度必須與建筑整體的比例與尺度相協(xié)調(diào)，這將決定太陽(yáng)能電池板的分格尺寸與形式。④太陽(yáng)能電池板屋頂具體的細(xì)部設(shè)計(jì)，如材料用量是否最小化、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)是否和諧、有機(jī)等需統(tǒng)一考慮。

（二）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)建筑一體化優(yōu)勢(shì)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的方式各不相同，這取決于地理、文化及政府政策等。在國(guó)外，由于公共建筑的建造與設(shè)計(jì)程序嚴(yán)格，太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)在個(gè)人住宅與公寓建筑使用的較為普遍。而在我國(guó)，特別是城市建筑，由于建筑開發(fā)是商家或政府性行為，因此是否采用太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)完全取決于開發(fā)商或政府。在我國(guó)，日照充足的地區(qū)無論公共建筑還是住宅屋頂和墻面使用太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)的市場(chǎng)潛力十分巨大，從建筑結(jié)構(gòu)、技術(shù)利用和經(jīng)濟(jì)效益來分析，太陽(yáng)能電池板與建筑的一體化優(yōu)勢(shì)如下：

（1）節(jié)約用地，便于安裝，保護(hù)環(huán)境。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)一般安裝于建筑物的屋頂或外立面墻體上，無需額外占用土地或增建其他建筑設(shè)施，適用于人口比較密集的建筑群、辦公區(qū)使用，尤其適用于土地昂貴的城市。由于太陽(yáng)能電池板的組件集成化，光伏設(shè)備安裝比較方便，而且可以根據(jù)負(fù)載的耗電量來選擇裝機(jī)容量。與此同時(shí)，由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備安裝在建筑物的屋頂或立面墻體結(jié)構(gòu)上，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能可降低建筑物臨近室外區(qū)域的溫度，從而達(dá)到減少室內(nèi)空調(diào)制冷用電負(fù)荷，既節(jié)約了能源，又保證了室內(nèi)的空氣質(zhì)量，同時(shí)也避免了由于使用傳統(tǒng)化石能源燃料發(fā)電所導(dǎo)致的環(huán)境污染。（2）減少投資，保證供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)安全用電。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝不受地域條件限制，可實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電用電，因此可以大幅度減少電站及輸送電網(wǎng)的建設(shè)投資。建筑物實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)一體化，光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電力既可供給本建筑物使用，也可儲(chǔ)存于蓄電池或外送入電網(wǎng)。在自然條件差，負(fù)載可由蓄電池供電;在自然條件差較好，通常會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)用電高峰，以往需采取拉閘限電措施，但此時(shí)也正是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量最多的時(shí)候。建筑一體化太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)除可保證建筑物負(fù)載用

電外，還可以向外電網(wǎng)供電，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的集成特性可以節(jié)約儲(chǔ)存電力的費(fèi)用，另外用電安全性能也得到提高，從而緩解夏季電力高峰需求壓力，從而徹底解決電量不夠的問題。（3）增效規(guī)模，降低成本。建筑一體化太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)面板代替建筑屋頂或立面墻面，可以節(jié)約大量的建筑成本。另外，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)面板在建筑用電地點(diǎn)發(fā)電，避免傳輸和分電損失（5%～10%），降低了電力傳輸、分配投資和維修費(fèi)用。在建筑屋頂或立面結(jié)構(gòu)上安裝太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備，用太陽(yáng)能電池板代替部分建筑材料，可以促進(jìn)太陽(yáng)能電池板工廠化規(guī)模生產(chǎn)，從而能進(jìn)一步降低工程造價(jià)，有利于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)光伏產(chǎn)品的推廣與應(yīng)用，市場(chǎng)潛力巨大。

三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化設(shè)計(jì)原則

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建筑一體化的設(shè)計(jì)原則要求，運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)既要保證建筑中光伏發(fā)電系統(tǒng)的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠，又要充分滿足用電設(shè)備的需要，使系統(tǒng)的配置實(shí)現(xiàn)合理、經(jīng)濟(jì)。工程建設(shè)與投產(chǎn)中使用盡量少的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)組件，使太陽(yáng)能光伏發(fā)電組件與建筑物有機(jī)合為一體，替代部分建筑材料，如屋面與立面墻體裝飾材料，達(dá)到建筑節(jié)能的效果。協(xié)調(diào)光伏系統(tǒng)與建筑成本之間的關(guān)系，在滿足正常需要，保證系統(tǒng)、建筑質(zhì)量的前提下盡可能的節(jié)約建筑與安裝成本投資，達(dá)到投入與產(chǎn)出最好的經(jīng)濟(jì)效益。

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