摘要：太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，绿色能源。人类一直探索如何合理的利用太阳能能源，将太阳能转化成电能是其中一种利用方式。近年来，我国制定了各种优惠政策鼓励太阳能光伏产业的健康发展。本文主要基于太阳能光伏发电技术在建筑上的运用进行研究探讨。
关键词：光伏；建筑；效益
引言
当今世界能源危机日益严峻。从20世纪70年代开始，具有取之不尽、用之不竭、无污染、人类能够自由利用的太阳能能源引起全球广泛关注，相关科技及其利用得到了飞速发展。我国属太阳能资源丰富的国家之一，很早就掌握利用太阳能能源，包括钻木取火，晾晒衣物和食物等。将太阳能转变成电能，可以解决偏远地区用电难的问题，也可以缓解大城市用电压力问题，是一种非常有益的利用。近年来，我国相继出台了有关太阳能光伏发电的多种优惠政策，指引和鼓励光伏产业的健康发展。每年新增光伏发电装机容量达到1000万千瓦。本文重点介绍光伏发电技术在建筑工程领域的运用。
一、太阳能光伏发电原理
太阳能光伏发电技术就是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。其中，光生伏特效应是指光照时，不均匀半导体或半导体与金属组合的部位间产生电位差的现象。
二、太阳能光伏发电类型
太阳能光伏发电直接利用太阳能，发电过程无排放、无污染，无噪音完全绿色环保，有独立运行和并网运行两种方式。顾名思义，独立光伏发电也称离网光伏发电，是指可以独立运行的光伏发电系统，主要运用在偏远地区。并网光伏发电是指太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直接接入公共电网。并网光伏发电系统又分为集中式和分布式两种形式。集中式光伏发电系统是指电能经升压后并入输电电网，利用电网远距离输送到终端用户，一般发电量较大，占地面积较广。分布式光伏发电系统，发电量小（装机容量不超过6MW），并网点在配电侧，采用“自发自用，余电上网”方式，用户侧既可以从电网取电，也可向电网送电。与集中式光伏电站相比，分布式光伏电站具有更多优点，安装地点更加灵活，可利用就近发电，就近并网，就近转换，就近使用；解决了电力在升压及长途传输中的损耗问题等，多在城市进行应用。
三、太阳能电池类型
太阳能电池可分为单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池三种。
（一）单晶硅光电转换效最高（约为20%左右），技术最为成熟。但单晶硅太阳能电池组件平面利用率低，且易受单晶硅材料价格影响，成本价格一直居高不下。
（二）多晶硅比单晶硅太阳能电池要便宜一些，其光电转换效率较单晶硅略低（约为15%左右）。
（三）薄膜电池将一层薄膜制备成太阳能电池，其用硅量极少，成本较低，且弱光响应较好。除了适用于平面之外，由于其具有可挠性，该电池可以制作成非平面构造，更容易与建筑完美结合。但薄膜电池的光电转化率偏低（约为10%左右）。
四、应用分析
根据我国气象行业标准QX/T89-2008《太阳能资源评估方法》，广州的太阳能资源等级为第三类资源丰富地区，有较高的利用价值。在现在建筑工程领域主要应用在工业园区、企业厂房、物流仓储基地、公共建筑以及居民住宅等建筑物屋顶或外立面建设太阳能光伏发电项目。其中，建筑屋面在建筑外围护结构中所接受的日照时间最长，接受的太阳辐射量也最大，同时建筑屋面较开阔，便于大面积连续布置太阳能设备。建筑外立面可以与幕墙相结合，形成具有发电功能的光伏幕墙。以下主要介绍已建成的光伏项目和即将建设的光伏项目：
（一）广东省立中山图书馆太阳能并网光伏发电项目，在图书馆的B、C区屋面安装了4个子系统，装机容量180kWp。
（二）广州珠江城分别在大厦的东侧和西侧的遮阳板上面安装电池组件，同时在屋顶的玻璃幕墙顶安装可透光的双玻组件，装机容量200kWp。
（三）即将建设的广州美术馆拟采用光伏系统，装机容量200 kWp。
广州美术馆选址于海珠区，位于双塔路以南、新市头路以东、赤岗北路以西、新港中路以北地块，规划用地面积32569平方米，总建筑面积8万平方米。建筑立面围护结构和屋顶面设计为多层的“伞面”式结构，均安装了一层光伏构件，既起到独特的装饰效果，又为建筑外墙提供遮阳效果，将建筑外观效果与优化的遮阳功能结合到一起，有效控制空调能耗。
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1.屋面光伏系统。美术馆项目设计在最高处屋面安装光伏系统，即标高为40m的花瓣形区域。该区域总面积为3475㎡。为实现花瓣形的艺术效果，拟采用彩色薄膜电池组件（色彩为薄膜电池自身色彩，非彩色玻璃）。组件中电池片为黑色，前板玻璃为高透光玻璃，电池片之间有密集的刻划间隙，通过电池片后夹胶膜的颜色变化来控制组件颜色，并进行排列组合，进而实现建筑技术性和建筑艺术性的完美融合。
2.立面光伏系统。建筑立面幕墙系统由12片整体形成花瓣形的玻璃幕墙构成，每个立面有3片玻璃幕墙且有前后重叠的区域。在建筑的四个立面幕墙均安装太阳能光伏板，幕墙从上到下包括幕墙重叠区域都安装光伏组件。
五、全生命周期管理
光伏系统的全生命周期指光伏发电项目从需求、规划、设计、施工、调试、验收、运行、维护、直到回收再处理的全部过程。保证光伏电站安全高效运行是光伏产业长远发展的根本要求。
（一）设计阶段需注重设计质量控制与优化：方阵间间距过小造成相互遮挡，光伏阵列前后排之间遮挡，阵列安装太靠近女儿墙造成遮挡 ；没有预留运维通道，不利于电站运维的安全有效进行
（二）注重施工组织管理制度与人员专业培训：野蛮施工项目人员随意踩踏组件，若造成电池隐裂和碎片严重，将造成组件功率大幅度衰减；
（三）光伏电站运行管理和维护流程：光伏组件受灰尘覆盖，遮挡严重，影响输出电流；检测操作不当造成逆变器短路起火。因此，需定期进行组件清洗。在西北地区，通过组件清洗，单块功率平均提升9.64%，一般地区亦可平均提升5%-8%。
六、效益分析
经分析，光伏发电系统在建筑工程应用具体良好的经济效益和社会效益：
（一）经济效益
1. 利用闲置屋顶，无需土地成本，可以减少建设成本。
2.节约电费：建筑光伏发电系统所发的电可以用于建筑本身的运营，节约运营所需的电费，创造直接收益。
3.享受补贴收益：按照分布式光伏实行度电补贴政策，补贴金额为0.42元/kWh，补贴年限为20年。广州市也出台了光伏补贴政策，按发电量给予0.1元/kWh，补贴10年，同时按装机量给予0.2元/瓦的补贴。
4.减排收益：光伏发电属于清洁能源电力，每发一度电相当于节约350克标准煤，减排二氧化碳872克。
5.建筑节能：由于光伏组件安装在立面上，相应阻挡阳光对建筑的照射，这样可以有效的降低立面对光热的吸收，降低建筑内的温度1-2度，同时也降低了空调的负荷（约7%）。
（二）社会效益
1.引领绿色建筑发展：代表太阳能应用最尖端、最先进、最有潜力的光伏发电将是绿色建筑的主角。
2.示范带动：对建筑节能技术创新带来很好的示范和研究价值。
3.环保宣传：民众能直观感受到建筑与低碳技术的结合，唤起民众的节能意识，起到节能宣传作用。
4.提升城市低碳形象：对于城市形象的宣传具有积极意义。
结束语
如何合理的利用太阳能能源，在高楼大厦林立的城市中，充分利用建筑物屋面和立面大力发展和建立分布式光伏发电系统是一个发展方向。但是如何将光伏系统与建筑物本身艺术融合，互为补充，是光伏产品急需解决的难题。
参考文献
[1]《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》（国发〔2013〕24号）.
[2]《国家发展改革委关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》（发改价格〔2013〕1638号）.
[3]《国家能源局关于印发分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》（国能新能〔2013〕433号）.
[4]《国家能源局发布关于进一步落实分布式光伏发电有关政策通知》（国能新能〔2014〕406号）.
[5]《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》,作者:张兴、曹仁贤,机械工业出版社出版.
论文作者:鄢菁
论文发表刊物:《基层建设》2017年第9期
论文发表时间:2017/7/20
标签：光伏论文; 太阳能论文; 建筑论文; 组件论文; 电池论文; 系统论文; 单晶硅论文; 《基层建设》2017年第9期论文;