摘要：随着城市化水平的日益上升，智能建筑随之兴起，给人们带来便利生活的同时，建筑能耗也在逐渐加剧，我国乃至国际对光伏建筑的呼声越来越高。光伏建筑一体化作为庞大的建筑市场和潜力巨大的光伏市场的结合点，在未来的新能源应用领域中有很好的前景。本文针对光伏发电系统的特点，结合我国智能建筑的发展现状，对光伏发电系统在建筑节能中的作用进行分析和研究。
关键词：光伏发电系统；建筑节能；应用研究
1引言
在众多可再生能源中，太阳能具有高稳定性、易收集性等优点，使得光伏发电系统应用非常普遍，在2017年新装发电机中占有50%的比例，经常作为绿色建筑的载体。在本研究中，对光伏发电系统及绿色建筑作出探究，旨在为建造节能型社会做出贡献。
2光伏发电的技术概述
光伏发电技术主要是通过光伏电池板、控制器、蓄电设备以及电能转换装置共同组成。在这种新式的发电系统中太阳能电池具有重要的转换调节作用，系统中的太阳能电池又被称为光伏电池。在太阳能发电系统中，光生伏特效应是太阳能电池产生电源的根本原因，借助太阳光或者其他光线的照射，光伏电池可以将其光线吸收进体内，并形成光生电子—空穴对。经过特殊的化学反应后，光生电子个空穴就可以在反应的过程中出现相互离散的情况，异号电荷就会不断的累计在两端，形成“光生电压”，这样的过程被称为太阳能发电的“光生伏特效应”。在太阳能光伏发电系统中主要包含以下几个方面：一是在太阳光的照射下，电池板吸收过阳光之后在太阳能电池板的内部就会产生电子—空穴对，也就是“光生负载电子”，这两者的区别在于电子带正电荷、空穴带负电荷；二是在半导体节中生成的具有特殊性的电场在化学反应的作用下将光生电流的的不同性质区别分开；三是在光伏太阳能电池板的正、负两极分别收集光生载流子和空穴，从而在电路中形成电流，转换为日常生活中我们使用的交流电。
3光伏建筑一体化应用
随着全球能源危机的加剧和我国生态环境的恶化，国家对太阳能的利用需求逐渐增加，对保护环境的力度加大，BIPV越来越受到政府的追捧。中国的太阳能BIPV研究起步较晚，2006-2008年开始建设一些规模相对较小的BIPV示范项目示范项目，2009年开始，在“光电建筑应用示范”项目的政策支持下BIPV迅速发展，但目前其发展水平还远落后于发达国家。据统计，2009年-2012年，建成的BIPV示范项目装机容量累计约906MW。与此同时，相关建筑光伏构件产品大量涌现。随着光伏行业的发展，，可应用于BIPV的光伏组件也越来越多，例如有双玻组件，主流组件制造企业均可生产；有中空组件，代表企业有汉能、焱等；有不透光设计的组件，代表企业Firstsolar等；有透光设计组件，代表企业有龙焱、汉能、创益；有U型组件型，代表企业有深圳优行；有多主栅或无主栅栅++黑色背板组件，代表企业有英利、中来、LG等；有叠瓦组件，代表企业有东方环晟、赛拉弗等；有花纹可定制的MWT组件，代表企业有日托光伏；有彩色或花纹薄膜组件，代表企业有中建材、中国投资集团、龙焱等。但是，目前用于BIPV的光伏产品都是基于光伏设计考虑，对建筑装饰的重视程度偏低，因而符合建材需求的光伏产品较少。且当前的光伏建筑一体化项目大多是将太阳能光伏组件以光伏幕墙形式安装于建筑物外立面，应该称之为光伏建筑一体化的“初级版”。中国光伏建筑一体化市场还尚处在市场导入阶段，从2016开始陆续有企业开始从事光伏瓦、光伏幕墙等应用的生产制造，“531”政策出台以后光伏市场大幅下滑，但对于光伏建筑一体化市场来说或许是新市场的起点。
4具体应用分析
4.1外墙应用
在绿色建筑中，外墙最容易接受太阳光照射，故而最为容易囤积太阳能，为光伏发电系统的构建提供了必要条件。因此，外墙是光伏发电系统应用最广泛的部分，能够将海量太阳能转变为电能。在此，很多光伏系统设计师将光电幕紧贴外墙安置，与地面保持垂直，将太阳能电板美化为玻璃幕墙。在此之下，不仅能够实现集中收集太阳能，减少绿色建筑能源消耗，而且适当布局、美化之后可以提升绿色建筑的美观程度。
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4.2天窗应用
相比于外墙而言，天窗与太阳光接触面积虽然不大，但是能够减少对于室内采光的影响，并且配合太阳能光电板能够强化绿色建筑的遮阳效果。在天窗中安置光伏发电系统，不仅可行，而且也可以避免阳光直射，提高光伏发电区域利用率。鉴于天窗平行于水平面的造型，在布局光伏发电系统之时，需要将光电板做成网格状，紧贴天窗玻璃，确保采光效率。
4.3屋顶应用
根据国家气象局风能太阳能评估中心划分标准，我国太阳能资源分布可划分为一区、二区、三区和四区。一类地区主要包括青藏高原、甘肃北部、宁夏北部、新疆南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部等偏远地区，目前从电力局输送分配电能至一类地区，将会耗费大量输电线缆制作成本，为了提高经济效益，我国政府可以效仿美国的百万太阳能屋顶计划，在一类地区安装屋顶光伏发电系统设备，将太阳能用电带入家家户户。采用屋顶BIPV一体化对偏远地区供电，有效利用了当地浑然天成的地理优势，例如无大量建筑物遮挡，以及充分的太阳能资源等，而且又提高了经济效益，一定程度上解决了边疆地区供电不足的问题。再例如上海某办公楼，在裙楼屋顶上布置钢结构的雨棚，结合钢结构的光伏采光顶。太阳能电池可以吸收更多的太阳能，使得直接辐射到屋顶的太阳能减少，具有保温隔热的作用；另外可吸收太阳直射光和部分反射光，将其中大部分太阳辐射能转变为电能。裙房天井两侧的光伏采光顶能获得良好的遮阳效果，在其内部布置咖啡、冷饮等商业设施桌椅扩展了商业空间。
4.4实例应用分析
4.4.1工程概况
某商业办公建筑共有5栋高层办公楼，办公楼前两层为商铺，三层及以上为办公区域。在建筑规划设计过程中，已经申报了相应的绿色建筑二星级设计标识，而依照我国对于绿色建筑的相关规定，在建筑中至少需要采用一种可再生能源。从建筑所处区域、成本等方面进行综合考量，在太阳能光伏发电系统、太阳能热水系统以及地源热泵系统之间进行对比分析，最终决定在建筑中采用太阳能光伏发电系统，其本身不仅安全可靠、无任何污染物排放，而且能够为建筑提供相应的电能供应，虽然在夜间不可用，不过办公区域夜间对于电能的消耗并不大，而且可以由公共电网提供夜间的电能供应，5栋高层建筑楼顶都存在有可供利用的空间，在实际操作中有着良好的可行性。
4.4.2技术应用
（1）确定应用范围
一般情况下，太阳能光伏发电都是作为常规能源的补充，在通信电源、边远地区居民生活以及环境保护等方面发挥着积极作用，但是这并不表示太阳能光伏发电就比传统火电优越，因为其本身能量密度较低，而且稳定性不足，通常只能应用于三级负荷，保罗照明用电和普通插座用电，对于一二级负荷并不适用。
（2）计算年发电量
太阳能光伏系统的年发电量与所处区域维度倾角平面年总辐照量Q(Q=1205.94kWh/m2)，光伏发电板面积Ac、光电转换效率η1以及综合发电效率η2密切相关，相应的计算公式为En=Q•Ac•η1•η2代入相关数据后，可知En=1205.94×523.76×15%×80%≈7.71(kWh)。
5结束语
在可持续发展的背景之下，绿色建筑行业有很广泛的发展前景。为了实现节能减排、环境友好以及安逸舒适的宗旨，有必要进一步对光伏发电系统的组成、设计以及管理展开研究。本文根据现有的光伏发电系统与建筑案例对光伏建筑应用进行了分析，为我国建筑行业中节能技术的发展提供了理论参考和借鉴。
参考文献
[1]张臻宇.基于Pvsyst的建筑屋顶并网光伏发电系统设计及效益研究[D].宁夏大学,2016.
[2]卢倩楠.绿色建筑中太阳能光伏发电系统的设计研究[D].长安大学,2016.
[3]张旭.光伏系统在建筑节能领域的设计与仿真研究[D].吉林建筑大学,2014.
论文作者:刘婧
论文发表刊物:《电力设备》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/11
标签：光伏论文; 太阳能论文; 建筑论文; 系统论文; 组件论文; 电能论文; 空穴论文; 《电力设备》2019年第14期论文;