摘要：本文介紹了光伏發(fā)電系統(tǒng)，闡述建筑與光伏發(fā)電一體化系統(tǒng)的基本原理，著重分析了光伏發(fā)電與建筑屋面、墻面、透光構(gòu)件、幕墻、遮陽構(gòu)件等組成部分的一體化設(shè)計原則。

　　關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;建筑;一體化;設(shè)計

　　Abstract: This paper introduces the photovoltaic power generation system, expounds the basic principles of the construction and photovoltaic energy integration system, focusing on the analysis of the integration design principle of (pv) power and building roof, metope, pervious to light component, curtain wall, sunshade component.

　　Key words: photovoltaic power; architecture; integration; design

　　中圖分類號：TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　建筑作為人類日常生活必需的生存空間，每年消耗著大量的能源，約占一個國家總能耗的40%左右。特別是在一些嚴(yán)寒地區(qū)，城鎮(zhèn)建筑能耗竟高達(dá)當(dāng)?shù)啬茉聪M(fèi)的50%左右1。開發(fā)各種新能源也成為人們考慮的重點(diǎn)，其中最重要的方法就是利用太陽能這一古老而永不枯竭的能源，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與建筑有機(jī)結(jié)合，降低對傳統(tǒng)能源的依賴是今后一個階段建筑設(shè)計的發(fā)展方向之一。

　　1.光伏發(fā)電系統(tǒng)

　　1.1太陽能電池的工作原理

　　太陽能發(fā)電有很多種方式其中大多數(shù)方法是通過將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，利用熱能進(jìn)行發(fā)電。光伏發(fā)電是比較直接的一種形式，它主要是利用一些材料受到光照后產(chǎn)生電流的物理原理，將這些材料制成發(fā)電原件的技術(shù)，這種技術(shù)可以將陽光直接轉(zhuǎn)換為電能，使用更加便利，應(yīng)用更加廣泛，近些年得到了極大的發(fā)展。

　　1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的種類

　　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)。獨(dú)立式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，具有自己獨(dú)立的蓄電系統(tǒng)，白天將多余的電能存儲到蓄電池中，在夜晚或陰雨天電量少的時候從蓄電池中在提取電能，它的特點(diǎn)是獨(dú)立性強(qiáng)適合沒有電網(wǎng)的地區(qū)使用;并網(wǎng)式太陽能發(fā)電系統(tǒng)不同于獨(dú)立系統(tǒng)，它并聯(lián)入到電網(wǎng)中，白天發(fā)電時將電能輸送到電網(wǎng)系統(tǒng)中，將電網(wǎng)作為蓄電池，在需要時候在從電網(wǎng)中提取電能，它的特點(diǎn)是無需蓄電系統(tǒng)，但是需要電網(wǎng)支持。

　　1.3光伏發(fā)電的優(yōu)勢

　　光伏發(fā)電在使用過程中具有很多優(yōu)勢，首先在使用過程中不產(chǎn)生任何污染，沒有噪聲，沒有次生產(chǎn)物，且其產(chǎn)生的電能為高品位能源，不需二次轉(zhuǎn)化，維護(hù)其運(yùn)行的成本較低，不需要進(jìn)行二次追加投入，是一種理想的情節(jié)能源。

　　2.建筑與光伏發(fā)電一體化系統(tǒng)

　　光伏發(fā)電為建筑提供能源的方式很多，目前使用量最大的是在遠(yuǎn)離城市的沙漠地區(qū)建立大型的光伏發(fā)電廠，再過高壓輸電技術(shù)將電能輸送到用戶，這種方式在輸電過程中會造成大量的電能損失;還有一種形式是在能源負(fù)荷中心附近建立大型光伏發(fā)電廠，再通過電網(wǎng)將電能輸送到用戶，但能源負(fù)荷中心往往是經(jīng)濟(jì)中心，用地成本較高;于是目前催生出一種新的光伏發(fā)電應(yīng)用形式,將光伏發(fā)電原件直接裝在建筑的屋頂或墻面上，利用建筑作為光伏發(fā)電板的安裝場所，在這種情況下，建筑光電一體式系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，簡稱BIPV。

　　2.1太陽能電池板

　　太陽能電池板根據(jù)材料不同有很多種類，如多晶硅電池板，單晶硅電池板以及非晶硅和薄膜電池板。以單晶硅電池板發(fā)電效率最高，造價也最為昂貴，目前使用量最大的是多晶硅電池板。

　　2.2電池板板的安裝朝向和傾角

　　太陽的運(yùn)行軌跡每天和每時都有所不同，獲得最多太陽能的方法是是使太陽能電池板永遠(yuǎn)與太陽光線保持垂直，但是這就需要有雙軸跟蹤系統(tǒng)，造價高，且構(gòu)造復(fù)雜，一般情況下不采用這種形式。

　　目前我國太陽能發(fā)電板的安裝方向通常采用正南方向，傾斜角度通常為春秋分節(jié)氣正午時分的太陽高度角的互余角，這樣可以使光電板在全年獲得最大的能量，當(dāng)然主要朝向可以根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整，有時甚至可以安裝在東西墻上。

　　3.光伏發(fā)電與建筑一體化的做法

　　3.1用光電設(shè)備作屋面板

　　屋面是光電板最理想的建筑一體化安裝部位，坡屋面那是最為理想的光電板安裝界面，坡屋面本身就為光電板提供了理想的傾斜角度，使其能夠獲得最大的能量，另外傾斜的屋面角度還可以防止冬季積雪。由于光電板在工作時其背面會產(chǎn)生較多熱量，當(dāng)光電板與屋面進(jìn)行一體設(shè)計時要考慮到這種情況，在光電板與屋面之間設(shè)置空氣層或太陽能熱水系統(tǒng)給光電板降溫。

　　平屋面安裝發(fā)電板，需要進(jìn)行一些構(gòu)造設(shè)計來實(shí)現(xiàn)光電板的理想傾角，一般情況下是采用一些角鋼支撐，但是這種情況下光電板與建筑一體化的效果比較差，不是理想的光電與建筑一體化設(shè)計方法。

　　3.2用光電設(shè)備作建筑立面

　　建筑立面也是光電板的理想安裝界面，安裝時以南立面為主，北方地區(qū)南向墻面全年可以獲得40%~50%的太陽能，東西向也可以作為安裝立面，在全年東西向墻面也可以獲得20%~30%的太陽能輻射。需要注意的是在遮擋較為嚴(yán)重的立面不適合安裝太陽能光電板，陰影會遮擋掉大部分太陽能輻射。

　　3.3透明構(gòu)件光電板

　　隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)透明光電構(gòu)件，一種是半透明狀的，類似茶色玻璃，另一種是將光電元件排列成具有花格的圖案，花格之間是透明材料，形成斑駁的光影效果。這兩種材料都有透光性能，但透光量都較為有限，因此如采光要求高的情況下不易使用，或者大面積使用獲得較好的采光效果和發(fā)電效果。目前在很多建筑的中庭空間都在使用，創(chuàng)造出一種光影豐富的效果。

　　3.4光電幕墻

　　光電幕墻是一種新型的光電材料，它集發(fā)電與裝飾為一體，能夠很好的與建筑融合。它主要多個太陽能光電池經(jīng)加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經(jīng)過其背面的導(dǎo)線相連，從而構(gòu)成了一個整體的光電板。這種材料外表光潔，色彩明亮，節(jié)能效果明顯，此幕墻體現(xiàn)了智能化特點(diǎn)，把太陽能光電技術(shù)集成到幕墻中不占有建筑面積，且太陽能光電板優(yōu)美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現(xiàn)代科技色彩。

　　3.5光電系統(tǒng)與遮陽設(shè)備

　　建筑遮陽系統(tǒng)也是光電一體化主要考慮的建筑構(gòu)件之一，建筑遮陽板與太陽能光伏發(fā)電兩者的任務(wù)恰好有機(jī)的統(tǒng)一在一起。遮陽設(shè)備提供了合適的傾斜角度，而光電板則是理想的遮陽材料。

　　電子樹是光伏建筑遮陽的一種新的應(yīng)用。它是以鋼結(jié)構(gòu)模仿樹枝的形態(tài)支撐頂棚，而頂棚部分采用太陽能電池板，模擬樹葉在陽光下光影斑駁的效果。

　　4.結(jié)語

　　在能源日益緊張的今天，太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化設(shè)計無疑是解決建筑能源問題的一條最佳出路。如果屋頂和立面全部采用光電板，它將足夠產(chǎn)生建筑所需要的能量，建筑不再成為能源的負(fù)擔(dān)，而是成為能源的資產(chǎn)。

　　參考文獻(xiàn):

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　　[2]董毅.基于美觀性的光伏建筑一體化應(yīng)用研究[J].建筑技術(shù)，2010(5)：33-34.