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摘要：太阳能光伏应用越来越广泛及成熟，随着分布式的发展，解决光伏发电占用限有的土地资源，光伏与建筑的结合是当下发展的必然趋势。本文针对夏热冬暖地区的气候特征，光伏建筑一体的技术特点，对该地区光伏建筑一体技术应用、设计要点等进行分析，使太阳能光伏在建筑上的结合更合理的应用及推广。
关键词：光伏建筑一体化 夏热冬暖 光伏组件 外围护结构 遮阳系统
一、区域气候特征
我国夏热冬暖地区为典型的亚热带湿热型气候，其特佂表现为夏季漫长，冬季寒冷时间很短，甚至几乎没有冬季，长年气温高而且湿度大，气温的年较差及日较差均较小，太阳辐射非常强烈。根据《建筑节能技术措施》的要求，该地区建筑节能设计只考虑夏季空调，可不考虑冬季采暖（只要节能设计得，在冬季不采暖的条件下室内也能达到热舒适度要求），其节能设计的要点是夏季隔热问题。
二、光伏建筑一体化概述及特点
光伏建筑一体化即BIPV（Building Integrated Photovoltaic）,其技术是将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术，简单的讲就是将太阳能光伏组件安装在建筑的围护结构外表面来提供电力。如：光伏屋顶、 光伏幕墙、光伏百叶、光伏采光顶等。
光伏建筑一体化特点：1、具有建筑围护结构功能，能够满足建筑美学的要求。2、起到建筑节能作用，光伏组件吸收太阳能转化为电能，大大降低了室外周边综合温度，减少了墙体得热和室内空调冷负荷，起到建筑节能作用，“节能减排”。3、绿色能源，太阳能光伏建筑一体化产生的是绿色能源，是应用太阳能发电，不会污染环境；它又是一种可再生能源，取之不尽，用之不竭。4、不占用土地资源，光伏组件一般安装在闲置的屋顶或外立面墙上，无需额外占用土地，这对于土地昂贵的城市建筑尤其重要；夏天是用电高峰的季节，也正好是日照量最大、光伏系统发电量最多的时期，对电网可以起到调峰作用。
三、技术应用分析
夏热冬暖地区光伏建筑一体化设计主要两个方面关键技术点，一是外围护系统隔热和外遮阳技术，二是光伏发电可再生能源的利用。光伏发电效率影响因素有：外部因素：1）光照强度，一般光照越强，发电效率越高；2）温度，一般越热，组件的发电效率反而越低；3）天气状况，如果经常有云经过，电池组件的发电效率会降低。内部因素：1）光伏组件质量，越好的组件质量，发电效率越高；2）光伏逆变器质量，好的光伏逆变器转换效率会越高；3）汇流箱、升压站等产品质量均会有或多或少的影响。内部因素是产品本身质量问题引起，是产品研究的范围在这里不过多阐述；外部因素是系统构造设计及应用合理的关键，也是外围护结构设计的关键点。
外围护结构包括外墙、屋顶、侧窗、外门等，用以抵御风雨、温度变化、太阳辐射等，应具有保温、隔热、隔声、防水、防潮、耐火、耐久等功能。其性能包括：抗风压性能，水密性能，气密性能，热工性能，隔声性能，平面内变形性能，耐撞击性能等。夏热冬暖地区的外围护结构设计主要是隔热为主，“隔热”是指外围护结构增加隔热构造措施，利用其与外墙或屋面形成的空间层产生对流散热，或通过热惰性较大的材料隔绝外部热量的传入，以减少室内环境受太阳光辐射热的影响，使外围护结构内表面保持较低温度。常用的建筑隔热做法主要有屋面的架空隔热层、蓄水隔热屋面和屋面绿化，外墙的空斗墙、双层呼吸式幕墙和爬藤植物遮阳，以用外门窗的遮阳隔热构造等。
根据光伏建筑一体化的要点，要起到建筑隔热的同时又要充分利用太阳光来发电产生可再生能源，所以采用遮阳隔热构造方式是最好的方式。在系统构造设计时太阳能光伏板块布置的方位及倾斜角度尤其重要，有效提高阳光照射度，接受更多的阳光照射量，光伏组件能接收最大化的太阳辐射，同时最大化遮挡太阳辐射；光伏组件发电有余热，利用热压力的自然通风策略，促进局部通风，降低光伏组件表面温度，提高光伏组件发电效率；通过控制策略，夏季排走热空气，提高光伏发电效率。
图1 双层呼吸式光伏幕墙 图2 凸出构件遮阳系统光伏幕墙
根据建筑的功能特点及应用部位，从建筑角度去理解光伏与建筑的结合，当将光伏组件应用在建筑时，它便成为一种独特的美。光伏构件是安全可靠的，建筑型光伏构件本身就是一种夹层玻璃，它不但具有利用光照产生电能作用，同时具有建筑夹层玻璃破碎后不飞溅的优点，是一种安全的建筑用玻璃产品，同时可以承受最大风速：150km/h。在结构系统设计方面：1）无论什么样的建筑其先决条件就时安全，任何一种材料与建筑结合时都必须考虑其安全性能，保证结构的强度及刚度满足要求；2）为保证光伏组件的发电效率，结构系统设计时考虑利用热压力的自然通风策略，促进局部通风散热；3）结构系统设计便于安装、维护及运行管理。在电气系统方面要保证：电气安全，高效利用，用户侧匹配。主要设备有：负载、蓄电池、逆变器、系统控制、滤波保护等装置；当一个BIPV系统参与并网时，则不需蓄电池，但需有与电网的联入装置。在电气布线系统也非常重要：1）电源端的直流布线系统安装、电缆选择和压降计算；2）电缆在防火墙贯通部位、室内外连接部位的构造节点处理；3）光伏建筑构件、组件及其支架、配件、金属管线的防雷接地技术措施；4）光伏电气布线系统日常维护规则制定。
四、结语
为缓解迫在眉睫的能源危机，以及巨大的化石源消耗带来的大量温室气体的排放，给环境带来了巨大压力，实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声，发展可再生能源是必然之路。随着《京都议定书》的正式生效，如何实现环境保护的可持续发展成为全球最强的呼声。中国作为发展中国家，能源消耗逐年以惊人的速度增长，而建筑作为能耗大户(发达国家的建筑能耗一般占到全国总能耗的1/3以上)，其节能效益则变得尤其重要，BIPV作为庞大的建筑市场和潜力巨大的光伏市场的结合点，必将存在着无限广阔的发展前景。可以预计，光伏与建筑相结合是未来光伏应用中最重要的领域之一，其发展前景十分广阔，并且有着巨大的市场潜力。
参考文献
[1]袁幸，《夏热冬暖地区建筑节能设计原理和技术措施》中国建筑工业出版社。
[2]《建筑太阳能光伏系统设计与安装》中国建筑标准设计研究院。
[3]中国光伏建筑一体化(BIPV)行业市场前瞻与投资规划分析报告。
论文作者:陈文锋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/8
标签：光伏论文; 建筑论文; 组件论文; 系统论文; 结构论文; 效率论文; 性能论文; 《防护工程》2017年第29期论文;