广东白云学院 建筑工程学院 广东广州
摘要：近年来，绿色环保、清洁无污染的可持续发展理念逐渐深入人心，各种新能源、新设备、新技术也逐渐得到人们的认可。而太阳能，作为最环保、最安全、最绿色、最充裕的新型能源之一，也得到了空前的运用，譬如太阳能新型汽车、太阳能热水器、太阳能地热等。在建筑行业中，设计师们可以将太阳能发电技术加以利用，使建筑物能够自给自足，节约能源，甚至可以为周边的各种辅助措施提供能量，这样既能满足建筑节能要求，又符合国家发展政策。于是一栋栋具有现代化、环保化的绿色建筑犹如雨后春笋般拔地而出。它们利用太阳能发电，不仅可以满足自身能源需求，还可以将多剩的电量出售到国家电网。
关键词；绿色建筑、太阳能发电、节能
1.引言
随着时代的进步、科技的创新，国家越来越重视对创新人才的发展。广东白云学院为了 响应国家的号召，积极开展大学生创新创业项目训练；为了成为应用性科技大学，大力发展学生的动手及应用能力；为了培养出更多能适应社会发展的人才，不断强化人才培养方案与教学方针。笔者正是在这种氛围中，带领团队进行创新项目训练。在指导老师的指导下，将我们的新型太阳能发电系统，由构思变为现实。
2.太阳能发电系统原理
太阳能发电系统的组成主要有：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、逆变器。
太阳能电池板是太阳能发电系统原理的核心部分，这块板的作用是将太阳的热辐射转化为直流电，它可分为单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池的光电转换效率一般为15%～25%；多晶硅太阳能电池的光电转换效率相对要低些，约为12%左右；还有非晶硅太阳电池，它是一种新型薄膜式太阳电池，其光电转换率约为10%。目前建筑物太阳能发电系统中所用的光伏电池板大部分都是硅太阳能电池，但是随着玻璃幕墙的广泛使用，非晶硅薄膜式太阳能电池也渐渐得到使用，譬如由我国成都中建材光电有限公司生产的碲化镉薄膜太阳能电池，实现实验室转换效率17.8%，小组件转换效率14.5%，技术达到全球领先水平，在建筑太阳能发电工程中得到了大众的青睐。
太阳能控制器是将太阳能电池所发出来的电进行稳压、稳流控制，从而控制太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电。
而蓄电池，是太阳能发电系统的粗粮仓的，作用是在有阳光的时候将太阳能电池发出来的电能存储起来，在没有阳光的时候再释放出来使用。
逆变器，是将蓄电池的直流电转变为家用交流电，其转换率一般只有90%，较为耗能。
3.实际项目中的应用
（1）台湾龙腾体育场
台湾龙腾体育场是世界首个百分之百完全使用太阳能供电的公共体育场，承办了2009年世界运动会开幕及闭幕仪式，是得到国际认可的一级建造标准的国际性运动场馆，可视情况设置4万至5万坐席，太阳能发电容量高达一百万瓦。
太阳光电发电系统设置在屋顶结构上，由8844块形似“鳞片”的太阳能电池板组件环绕场馆布置而成。电池板采用无框式，既保持场馆美观又尽可能地提高了太阳能吸收量。接近9千套的屋顶太阳能电池组件每年可生产接近114万千瓦时的电量，可以满足场馆内的3300盏灯光、两块巨型屏幕及音响等其他用电设备正常使用的需求，剩余电量则输送到台湾电力公司，每年可减少近600吨的二氧化碳排放量。台湾龙腾体育场的发电用电及高雄市政府对中海路的市政规划与绿色建筑的概念完全切合，是我国绿色建筑发展历程上重要的一个案例。
（2）台北市立图书馆北投分馆
台北市立图书馆北投分馆是一座拥有太阳能系统的绿色环保新型图书馆。也是台湾首座绿色建筑图书馆，它的建成，对我们研究“太阳能在绿色建筑中的使用”起到至关重要的作用。
这座建筑为了减少对环境造成伤害和负担，其内部建材大量减少了混凝土的使用，取而代之的是钢结构和木结构。图书馆挑高夹层，利用垂直气温差所产生的吸力来引导气流往上运动并从高窗排除，也就是利用室内“浮力通风”，再配合气体交换机，就能降低室内温度约4℃，这样一来，不但降低了空调的负担节省用电，还能随时更新室内空气，大大增加馆内人员的舒适感。此外，屋顶上铺设的太阳能发电板，发电功率可达十六千瓦，为图书馆节省了20%的电能，如果增大太阳能电池板的铺设面积，必然会得到更加可观的环保效果。
4．创新项目中的模拟与应用
借助本次大学生创新训练的机会，我们成立创新团队，在指导老师的指导下，自主完成《太阳能发电与绿色建筑》项目的设计、研究。通过实际项目，我们了解到太阳能发电系统的转换效率并不高，针对此问题，我们成立了专题项目组，在此项目中，由于材料与设备的限制，我们采取了模拟现实模型的方式进行实验。通过减少太阳能发电系统的组成结构，来进行试验。把传统的“直变交”的逆变形式，变成“全直式”，也就是以“太阳能电池板→控制器→蓄电池→用电器” 的形式。因为我们都知道，我国标准家庭用电的电压是220V交流电，现行家用电器中很多都是按220v交流电设计的，但有很多用家电却是以“交流转直流”的形式使用的，例如LED照明灯、电脑、电视、音响、DVD、机顶盒、各种充电器、甚至有些空调等等，它们实际用的都是低电压直流电，只是为了与家用220V交流电相匹。因此，为了更加节能、节材，我们可以将这些家电稍作处理，废除它们电路中“整流”、“交流式变压”等不必要的过程，将“用电器匹配220V交流电”的生产思维转化为“用电器直接用直流电”的生产思维，这样既可以减少各种家用电器的生产成本，又可以减少能耗。根据以上思路，我们粗略得到下图：
然后，我们根据理论知识，结合自身资源 及能力，进行了这次的创新模拟试验。以“直换交”的创新思维，大胆实践。最终在指导老师的指导下顺利地完成本次创新项目。
4.总结
开发和利用可再生资源符合可持续发展的道路，而太阳能用于建筑的结合作为一种新形式，会是未来建筑发展的一种方向。但目前太阳能发电的转换效率不高，为此我们成立了小组，通过网上和校园图书馆查阅相关资料，在探索和推翻中不断循环中得出结论--减少太阳能发电系统的组成结构。通过对绿色建筑和太阳能设计与实践，我们接触到很多新鲜的事物，学习到很多课堂上没有讲到的东西，更加锻炼了团队各成员的学习和动手能力。因条件有限，我们对传统太阳能的发电系统效率的改善只是停留在理论阶段，不过我们享受这个过程，我们意识到团队合作和思维创新的重要性，受益匪浅。我校积极响应“高等学校本科教学质量与教学改革工程”，鼓励学生积极参加大学生创新训练计划，目的就是为了促进人才的培养，提高专业素养和创新能力，为建设创新型国家储备人才同时也增强了学生的自我竞争力。非常感谢指导老师和学院对这次创新项目的支持和帮助，从探讨到实现都凝结了我们很多心血，极大地磨砺了我们的耐心与细心。这次历练在我们团队每个人一生都划下了光辉的一笔，无论对于专业的认识和以后的就业都会有很大的帮助。
参考文献：
[1]符尊明.《小区太阳能发电设计的探讨》[A].《中化建设》，2011年07期
[2]成都商报·谢寅宗.《成都造“发电玻璃”，能把建筑物变发电站》[N].2018年01月18
论文作者:严惠智,谭紫,刘锦业,郑章炜
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/7
标签：太阳能论文; 太阳能电池论文; 太阳能发电论文; 电池板论文; 建筑论文; 系统论文; 交流电论文; 《基层建设》2018年第11期论文;