摘要：本文通過介紹光伏建筑一體化，以引起業(yè)界人士對(duì)太陽能利用的廣泛關(guān)注。文中分別對(duì)光伏屋頂和光伏幕墻鋪設(shè)太陽電池板發(fā)電形式和特點(diǎn)進(jìn)行分析，以期不斷擴(kuò)大太陽能的應(yīng)用范疇。
巨大能源的太陽東升西落，成為匆匆過客未被人們充分利用。若在世界陸地的0.5％面積（恰為中國城鎮(zhèn)占地之和）上安裝太陽電池，將能供應(yīng)所需能源，所以找宇宙要效益索取太陽能是當(dāng)務(wù)之急。
我國太陽能資源的數(shù)量、分布的普遍性、供應(yīng)的清潔性、技術(shù)的可靠性都于風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能等可再生能源。目前大量能源消耗難以面對(duì)，專家估計(jì)，再過50年，可再生能源比例將＞50％的總一次能源，其中太陽能可占到13％～15％十分可觀。所以加大光伏發(fā)電力度刻不容緩。
1 光伏發(fā)電利用范疇
1.1 充分利用太陽光
目前國內(nèi)外許多建筑光學(xué)工作者指出，首先應(yīng)掌握太陽能日照量三要素：季節(jié)，夏季日照量，冬季。天氣，正午日照量，晴、陰雨天則相應(yīng)降低。方位，以正南向效率為100％，則東西向?yàn)?2％，北向?yàn)?0％的輸出量。但在實(shí)際應(yīng)用中，太陽電池方陣輸出降低的原因很多，如日照量的多少，太陽電池鏡面污垢產(chǎn)生的程度，溫度上升及轉(zhuǎn)換器損失等。加上太陽能控制器損失的5％，總發(fā)電容量為設(shè)置容量的85％～95％；其次是發(fā)電量估算：太陽電池容量=太陽電池輸出×設(shè)置數(shù)量。如以輸出功率50W太陽電池為例，設(shè)置20片時(shí)，則其輸出容量=50W×20=1kWp，表1示某市7月底的光伏發(fā)電量。
表1 夏季南向日發(fā)電量
時(shí)間 /h | 0～6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19～20 | 0～24 |
發(fā)電量 /kWh | 0 | 0.3 | 0.9 | 1 | 1.6 | 2 | 2.1 | 1.9 | 1.8 | 1.5 | 1 | 0.7 | 0.2 | 0 | 15.1 |
1.2
太陽能應(yīng)用多樣化
從收集到的有關(guān)資料來看，歷年的成果涵蓋許多方面。近年來涉及的領(lǐng)域又有了發(fā)展。分別為太陽能光伏建筑一體化、光伏電站、光伏照明和光伏設(shè)施等方面的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。
2 太陽能光伏建筑一體化
2.1 基本概念
2.1.1 定義
光伏幕墻（屋頂）是將傳統(tǒng)幕墻（屋頂）與光電轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合的一種新型建筑。換句話說，主要是利用太陽能發(fā)電的一種新型、綠色的能源技術(shù)。光伏與建筑相結(jié)合的進(jìn)一步目標(biāo)，是將光伏器件與建筑材料集成化。通常建筑物墻面多采用馬賽克、涂料等材質(zhì)，為了美觀，還以價(jià)格較高的玻璃幕墻達(dá)到保護(hù)和裝飾的雙重目的。若能將屋頂、向陽的外墻、窗戶都由光伏器件取代，則既能作為建材使用又能發(fā)電，可謂一舉兩得。當(dāng)然，對(duì)太陽電池組件來講，還需具有絕熱保溫、電氣絕緣、防水防潮、強(qiáng)度、剛度和不易破裂等性能。
2.1.1.1 光伏幕墻（屋頂）
設(shè)計(jì)除了需要考慮太陽電池、光組件、導(dǎo)線、逆變器和整流器等因素以外，還必須保證對(duì)建筑幕墻（屋頂）安全等功能的落實(shí)。其性能指標(biāo)參數(shù)在滿足有關(guān)的國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，并使其具備上佳使用效果，還要注重其安裝朝向。一般來說，太陽電池板應(yīng)裝在樓群中接受光照時(shí)間長的那些部位，如女兒墻、墻楣（屋頂）等；通常選擇幕墻面朝南、東南和西南之間，在一定條件下亦可東向和西向。太陽電池板還可作為固定的遮陽板（頂棚）之類的材料。既可得光能，又易散熱，可謂組合。特別值得注意的是，要把光伏和傳統(tǒng)建筑有機(jī)地結(jié)合在一起，合理選擇其結(jié)構(gòu)形式和布局，使其最終達(dá)到既利用了太陽能，又能滿足性能要求及人們的感觀滿意程度。
2.1.1.2 光伏建筑特點(diǎn)（表2）是一種集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一身的新型功能性建筑，它不但突破了傳統(tǒng)建筑以消極的辦法減少能量損失，而是積極利用光伏技術(shù)，把以往被當(dāng)作有害因素被屏蔽掉的太陽光，轉(zhuǎn)化為被人們利用的電能，而且還是一種潔凈能源。還充分考慮了太陽電池板的電能轉(zhuǎn)化工藝、結(jié)構(gòu)和安裝的電氣絕緣性，將幕墻和光伏技術(shù)有機(jī)地結(jié)合。如將接線端子排裝在幕墻橫、豎縫的不可見內(nèi)腔，便于拆卸維護(hù)，電路布線的穩(wěn)固、快捷。即使遇到雨雪等惡劣天氣，也不致于出現(xiàn)漏電、短路等問題，讓指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。
表2 光伏建筑一體化特點(diǎn)
序號(hào) | 優(yōu)勢(shì) | 備注 |
1 | 太陽電池組件是一種固態(tài)裝置，能將太陽光直接轉(zhuǎn)換成電能 | 勿需轉(zhuǎn)動(dòng)零件、燃料，不會(huì)產(chǎn)生污染 |
2 | 已經(jīng)證實(shí)太陽電池組件的預(yù)期壽命長 | 可達(dá)30年 |
3 | 太陽能光伏系統(tǒng)已被成功地應(yīng)用于成千上萬棟建筑上 | 含小型、中型、大型等案例 |
4 | 太陽電池組件呈模塊化，是一種分散式的電力生產(chǎn)裝置 | 不是大型集中式的發(fā)電廠 |
5 | 偏遠(yuǎn)地區(qū)的太陽電池是一種符合改善成本的現(xiàn)實(shí)選擇 | 傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)輸配電線路價(jià)格昂貴 |
6 | 建筑屋頂（幕墻）可以為光伏系統(tǒng)提供大量面積，尤其在人口密集地 | 指不要占用額外昂貴的土地 |
7 | 安裝在建筑物上的太陽電池方陣，省去各類支撐構(gòu)件 | 無需多余的基礎(chǔ)設(shè)施 |
8 | 直接向電網(wǎng)輸送電力，省去一系列輸配電費(fèi)用 | 減少各級(jí)別傳輸線路的電壓損失 |
9 | 能夠在供電尖峰時(shí)刻提供足夠的電力 | 以適時(shí)降低該緊急時(shí)段的電量需求 |
10 | 可能取代傳統(tǒng)的建筑材料 | 使光伏系統(tǒng)擔(dān)負(fù)起雙重角色 |
11 | 有效地減輕對(duì)環(huán)境的光污染 | 造福于人類 |
12 | 以多種創(chuàng)新的方式，渲染魅力的建筑外觀 | 使建筑物更加、潔凈 |
13 | 配備蓄電池后，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)確保自身用電 | 還能夠滿足用電設(shè)施的不間斷供電要求 |
注：利用太陽能，不僅可以滿足建筑能源供應(yīng)的需求，實(shí)現(xiàn)建筑物的0排放，而且可以使每棟建筑都成為小型分散的網(wǎng)絡(luò)電力生產(chǎn)者。
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