太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑中的應(yīng)用

趙正黎

摘要：在全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重和能源消耗日趨緊張的今天，傳統(tǒng)能源與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的矛盾越來越突出，能源一直是現(xiàn)代社會發(fā)展的源動(dòng)力，但由于其自身的有限性和分布不均勻，能源發(fā)展問題儼然成為阻礙社會甚至整個(gè)人類發(fā)展的一座大山。在當(dāng)今社會，“節(jié)能減排”已然成了社會公民耳熟能詳?shù)囊痪湫袆?dòng)標(biāo)語，太陽能作為一種新型的天然可再生能源，與傳統(tǒng)能源相較，以其可持續(xù)發(fā)展、無污染、總量大分布廣闊等頗多優(yōu)點(diǎn)在全球能源轉(zhuǎn)型升級的大環(huán)境下，越來越受人們的青睞。

關(guān)鍵詞：太陽能技術(shù);建筑節(jié)能;熱水;制冷

一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作原理

1.1太陽能電池組件

太陽能電池組件是為系統(tǒng)提供電能的元件。它無需通過熱過程直接將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，輸出直流電。它由半導(dǎo)體材料制成，利用半導(dǎo)體材料的光生電壓效應(yīng)，把太陽能轉(zhuǎn)換成為電能。

1.2蓄電池

蓄電池是系統(tǒng)中的儲能元件，在夜間或陰雨天保證向負(fù)載供電。有太陽時(shí)將太陽電池組件輸出的電能儲存起來，晚上或陰雨天將電能輸出到負(fù)載。蓄電池是一種化學(xué)電池，它能將電能用化學(xué)反應(yīng)的方式轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，又將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。這種轉(zhuǎn)化可以重復(fù)進(jìn)行。

1.3控制器

控制器是系統(tǒng)中最重要的設(shè)備。它對系統(tǒng)的電能進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，一方面把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載，另一方面把多余的能量送往電池組件儲存。當(dāng)所發(fā)的電不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池充滿電后，控制器自動(dòng)控制蓄電池不被過充電。當(dāng)蓄電池所存儲的電能快放完時(shí)，控制器自動(dòng)控制蓄電池不被過放電，以保護(hù)蓄電池?？刂破鞯男阅芎脡模瑢π铍姵氐氖褂脡勖绊懞艽?，并最終影響系統(tǒng)的可靠性。

1.4逆變器

逆變器是系統(tǒng)中的電源轉(zhuǎn)換裝置。由于太陽電池發(fā)出的是直流電，而一般的負(fù)載是交流負(fù)載，必須將直流電轉(zhuǎn)換為交流電才能滿足需要。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成220V、50Hz交流電或其他類型的交流電，供給交流電用電設(shè)備，最大限度地滿足移動(dòng)供電場所或無電地區(qū)用戶對交流電源的需要。

二、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑中應(yīng)用的優(yōu)勢與不足

2.1優(yōu)勢

（1）環(huán)保性，清潔性。太陽能直接把光能轉(zhuǎn)換為熱能、電能，為物理方式進(jìn)行運(yùn)作，與傳統(tǒng)能源的方式相比較，能源利用過程中不存在化學(xué)反應(yīng)，即太陽能在使用過程中，不會產(chǎn)生二氧化碳、硫化物等有害物質(zhì)。（2）較高的安全性。光伏發(fā)電相較于傳統(tǒng)火力發(fā)電更安全，其并網(wǎng)的電壓一般穩(wěn)定在220V以下。（3）壽命較長，可靠性高。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)充分利用建筑物的屋頂鋪設(shè)太陽能光伏發(fā)電板、制熱裝備組成分布式的能源供應(yīng)系統(tǒng)，一旦災(zāi)害發(fā)生時(shí)，部分區(qū)域受到破壞時(shí)，不會影響其他區(qū)域，能夠最大限度地保障社會各種生產(chǎn)、生活活動(dòng)的運(yùn)行。（4）資源充足，潛在經(jīng)濟(jì)性高。我國太陽能資源較為豐富，近幾年光伏發(fā)電也發(fā)展的較為迅

速，光伏市場已步入由邊遠(yuǎn)農(nóng)村向井網(wǎng)發(fā)電和與建筑結(jié)合供電的發(fā)展路程，光伏發(fā)電已逐漸由補(bǔ)充能源走向替代能源，且未來還有巨大的市場潛力。

2.2不足

（1）造價(jià)及發(fā)電成本高。目前為止，光伏發(fā)電的成本仍然是其他常規(guī)發(fā)電方式（如火力和水力發(fā)電）的幾倍，這是制約其廣泛應(yīng)用的最主要因素。（2）受氣候環(huán)境影響較大。地理位置不同、氣候不同，使各地區(qū)日照資源相差很大。光伏發(fā)電系統(tǒng)只有應(yīng)用在太陽能資源豐富的地區(qū)，其效果才會好。

三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑上的應(yīng)用形式

3.1太陽能熱水技術(shù)和發(fā)電技術(shù)

太陽能光熱技術(shù)在建筑節(jié)能中應(yīng)用最為廣泛的是太陽能熱水技術(shù)及被動(dòng)的太陽能采暖技術(shù)，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要分為離網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩大類，而光伏發(fā)電系統(tǒng)在與建筑物相結(jié)合時(shí)一般采用并網(wǎng)發(fā)電的方式，它是太陽能光伏發(fā)電進(jìn)入商業(yè)化發(fā)電階段的必然結(jié)果，也是電力工業(yè)組成部分之一的重要方向，是現(xiàn)今世界太陽能光伏發(fā)主流趨勢。與傳統(tǒng)供電方式相比這種方式具有很顯著的優(yōu)勢。第一，因光伏電池可原地發(fā)電，它節(jié)省了送電站的成本，而聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的電池一般安置在建筑物的空閑地，無需占用其他用地和設(shè)施;第二，這種方式可以和傳統(tǒng)電路并聯(lián)，使得光伏發(fā)的電可以輸入電網(wǎng)，在日照不足的時(shí)候傳統(tǒng)電網(wǎng)可以向室內(nèi)輸電，極大地增大了光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用性。

3.2光伏建筑一體化

光伏建筑一體化是將光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在現(xiàn)有的建筑物上，或者把光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物同時(shí)設(shè)計(jì)、安裝、施工，這既滿足了光伏發(fā)電最主要的功能，同時(shí)又與建筑外部結(jié)合，提升了建筑物的審美感。簡單來說就是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝在建筑的維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來提供電力，這種方式運(yùn)行時(shí)主要是運(yùn)用光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件用于建筑屋頂或墻面來獲取電能的一種獲電方式，光伏系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，安裝在建筑物上的光伏組件則會產(chǎn)生直流電源，電源通過接線盒與逆變器相連，直接將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，給建筑物負(fù)載供電或給建筑物以外的其他負(fù)荷供電，光伏建筑一體化的核心是一體化的設(shè)計(jì)、制造、安裝，而其輔助技術(shù)則包括了高質(zhì)量、高環(huán)保、低能耗、低成本的建筑材料技術(shù)。這種發(fā)電方式其實(shí)早在30年前就已經(jīng)提出來了，在當(dāng)下也得到了較為普遍的運(yùn)用。光伏建筑在不久的將來會成為房建筑業(yè)發(fā)展的一片新天地，它給予了建筑行業(yè)無法比擬的優(yōu)勢，它將傳統(tǒng)建筑的構(gòu)造技術(shù)與現(xiàn)代光伏工程技術(shù)的理念相融合。

四、太陽能光伏建筑的發(fā)展方向

4.1太陽能與建筑一體化的發(fā)展

進(jìn)一步推進(jìn)太陽能與建筑一體化發(fā)展，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展則需要包括生產(chǎn)商、開發(fā)商、建筑單位在內(nèi)的各個(gè)參與者進(jìn)行團(tuán)結(jié)緊密的合作，各自發(fā)揮自己的獨(dú)特優(yōu)勢，太陽能生廠商要不斷提高自身的創(chuàng)新能力，而房地產(chǎn)開發(fā)商要將眼光放在籌建更多太陽能設(shè)備點(diǎn)上，采用技術(shù)過硬的施工團(tuán)隊(duì)進(jìn)行施工保證太陽能設(shè)備的安裝質(zhì)量，在建筑設(shè)計(jì)單位方面，建筑設(shè)計(jì)要采用適用于太陽能設(shè)備部件的設(shè)計(jì)方案，從而符合太陽能與建筑相結(jié)合的要求，進(jìn)而從整體上提高建筑的審美能力。

4.2提升光伏發(fā)電水平

擁有先進(jìn)的太陽能光伏發(fā)電水平，并趕超國際先進(jìn)水平一直是我國太陽能建筑應(yīng)用領(lǐng)域的主要發(fā)展方向和發(fā)展目，20世紀(jì)90年代以來，國外發(fā)達(dá)國家不斷掀起一陣陣發(fā)展并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的高潮，可以說發(fā)達(dá)國家近幾年在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究上做出了不懈的努力，尤其是德國和美國，紛紛制定了一系列光伏發(fā)電規(guī)模應(yīng)用計(jì)劃，力求在光伏發(fā)電領(lǐng)域有所跨越，而在亞洲中日本在這一方面也取得了鮮明的成就，每年新建在樓頂上的太陽能發(fā)電系統(tǒng)令人矚目?？梢?，中國要實(shí)現(xiàn)這一愿景還有一段漫長的路要走。

五、結(jié)語

綜上，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用前景廣闊。由于太陽能自身的優(yōu)勢，以及國家對節(jié)能環(huán)保的提倡，相信在不久的將來，建筑業(yè)會充分利用太陽能光伏技術(shù)，使太陽能與建筑成為有機(jī)的整體，面向一體化建筑，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。

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