内蒙古工业大学 内蒙古 呼和浩特 010051
摘要: 随着社会的不断发展，能源危机在不断向人们发出预警。然而建筑已经成为了当今主要耗能物之一，节能建筑创作已经成为历史的必然。太阳能作为目前取之不竭的绿色能源成为建筑的新能源。太阳能光伏建筑一体化将太阳能光伏电力技术融进了建筑施工技术中。这一点，在建筑节能和建筑设计领域的人员是很感兴趣的。然而，该项技术的伟大之处在于，它在人们熟知的可持续发展概念中具有具足轻重的地位。光伏发电利用广泛的潜能使之成为一种独特且新颖的能源，可以用来植入单体建筑的结构内部，从而改变“规模大，占地多”的发电模式。最终，将一种免费的、清洁的、安静的电力输送到建筑物任何一处所需能源的地方。
关键词：太阳能光伏 能源转化 建筑形式 自然融合 光伏热点关联 光伏-日光系统
序言
自设想一下，若再过20年，油、气的消耗预计将达到峰值，世界不再以石油为主要能源的时候，可持续的新能源将应运而生。最被看好的一种可再生能源是光伏能源。这是一种真正简洁的，直接取自太阳光的能源，而无须像化学能源那样担心供能或环境问题。据估算，地球每小时接收的太阳能相当于人类一年消耗的能源总和。人们通过光伏设备可以轻而易举地从太阳光中产生出电，轻巧且维护简单；不会产生污染，也不会消耗大量材料。
光伏对于很多重要是也都有实际意义。如用在发展中国家的水坝、谷物脱粒、通信和乡村电力化等领域的技术，用于工业化输配领域。显而易见的是，利用太阳能将成为未来的必然趋势。
一、何为光伏？
光伏（Photovoltaics,PV）是一项将阳光转化为电力的技术。就像植物利用叶绿素进行光合作用来吸收太阳辐射，从而为它们的生长提供养料，建筑可以通过光伏技术将太阳能转化为电能来满足自身的耗能需求。然而有效数据显示太阳能将满足人们2800倍以上的用能需求！
二、全盘化光伏设计
全盘化光伏设计是太阳能光伏建筑设计的关键，全盘化光伏设计就是指光伏系统的应用必须成为完整的建筑设计和施工方法的一部分。我个人理解，在全盘化设计方法中，光伏系统与建筑的一体化不是简单的将建筑材料和组件加以替换。这包括建筑构造或构件的光伏化设计，比如光伏系统不等同于遮阳系统。朝向也是光伏建筑设计中主要考虑的问题之一，朝向对于建筑的热负荷、遮阳的需求都有很大的影响。而且还需从美学角度出发，协调光伏与建筑形式的整体协调性。
一项成功的太阳能光伏建筑设计方案应着力于建筑设计与光伏系统设计之间的互动。下图是我自己创作的太阳能光伏建筑实例，本设计为了将光伏系统完全与建筑实现一体化，取代建筑外部材料，如屋顶的瓦片、外立面上的覆层等。另一种手法是将光伏系统至于建筑元素内。如运用在建筑的南向里面窗外的遮阳上。
光伏系统通过融入建筑整体设计的设计却又不主导项目的方法来增强建筑的形象。光伏能够提够一个可以看到的状态，即可以为建筑活力提供一种微妙的效果，设计中的光伏外立面和屋顶顶棚在设计上提供了一种视觉上的冲力，但却不超越建筑原有形式的气场。外形漂亮的光伏屋檐系统结合建筑的单坡顶形式打造成为具有现代风格的建筑。
三、光伏的基本要素及基本工作原理
太阳能是当今世界电力的最重要来源。光伏模块暴晒在日光下时会产生电，而产生可用电流的物体则是太阳能电池。太阳能电池分为单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、染料太阳能电池及其他薄膜5大类。模块或列阵本身，无法组成一个光伏系统，还需要朝向太阳，能够为其提供支撑固定的构件，以及在应用于建筑时，将直流电传输和转换成为交流电的组件。所以为了建筑整体形象考虑，建筑设计中的朝向就显得尤为重要了。
太阳能电池是光伏系统中的一个基本单元。电池被系列的焊接成一串太阳能电池组。光伏模块是通过电池互相连接起来的，模块一般用便于安装的铝材料作为外框，“太阳能面板”经常指的就是它们。
四、太阳能光伏系统与建筑的整合手法
太阳能光伏系统与建筑的整合手法总体归类分为表面整合构件内部整合两大类主体手法。
1.光伏系统在建筑表面的应用手法
在夏季，地下冷却系统借助大开口和室内管道井引入的自然通风确保了室内的舒适性。在冬季，室内变成一个冬景花园，太阳光通过玻璃窗和玻璃天窗进入室内，热空气通过屋顶排出，创造一个被动式的太阳房。屋顶采用深浅相对比的两种半透明的光伏组件板，是建筑外观具有独具现代风格有效的设计效果。
2.光伏系统在建筑构件内部的应用手法
灰色多晶硅光伏模块被采用来促进建筑物外墙与城市景观之间的和谐。在遮挡区安装了模块，既符合美观要求，又可以使影响降到最低。严谨的施工工艺和安装技术，可以确保建筑在风荷载下的耐久性。光伏模块表面的玻璃采用磨砂材质抵消了建筑的多部分不良反射。光伏模块悬于外墙表面，线路和集电板隐藏在窗体构造内，不仅没有影响其建筑外部形象之外还对光伏发电系统整体使用功能没有产生干扰。立面开窗处的光伏模块构造细部如下图所示：
五、结语：太阳能光伏建筑的不足
太阳辐射不均匀地分布在建筑表面的各个朝向，并且影响阳光的有诸多因素。众所周知，面向赤道和傾角与当地维度相同的表面通常全年可以获得最多的太阳能。以北半球的洛杉矶（北纬33°5′）和南半球的悉尼（南纬33°5′）为例，当坡屋顶的傾角为30度左右时，全年可以获得的太阳能最多，所以当考虑逐季和逐日的太阳能发电量时，这些不同的表面能提供的能量也是不同的，这是一个有趣的特点。所以人们在利用太阳能的同时也必须了解这其中的规律和特点，以便能最大限度的利用太阳能光伏系统，使之尽可能多的转化电能降低建筑能耗。除了上述趋势外，还有些要点与特定的当地气象条件有关，如刚散射光，多云天气等等。
当纬度越高，距离赤道越远时：1.屋顶倾斜角度越大，太阳能发电量越高。2.扩大南向或北向坡屋顶的范围可以获得较多的太阳能。3.立面的方位角越小，太阳能发电量越多。
所以说太阳能的不稳定性也成为了太阳能这种新型能源的一大弊病。气候严重的影响着太阳的辐射量，我们必须清楚的认识到，太阳能光伏能源在那些策略、方案中存在着巨大的多样性。目前我们必须明确新能源的利与弊才能更好地为我所用。我们清楚看到在太阳能光伏建筑领域中还存在着很多难题等待我们研究攻克。如果能够从广泛的活动实践中总结、提炼出最有价值的经验，那么这些基础工作将有利于推广可持续能源—太阳能光伏系统在建筑节能中的应用。
参考文献
[1]德奥?普拉萨德[澳],太阳能光伏建筑设计,上海科技技术出版社,2008.
[2]丛大鸣，节能生态技术在建筑中的应用及实例分析，山东大学出版社，2008.
[3]Sophia and Stefan Behling，建筑与太阳能-可持续建筑的发展演变，大连理工大学出版社，2008.
[4]高建岭，李涛英，白玉屋，生态建筑节能技术及案例分析，中国电力，2009.
论文作者:张方超
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/5
标签：光伏论文; 建筑论文; 太阳能论文; 系统论文; 能源论文; 建筑设计论文; 模块论文; 《防护工程》2017年第23期论文;