(宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏银川 750001)
摘要：光伏建筑的有点很多，把光伏组件集成或附加在建筑的屋顶和墙面等建筑围护结构的表面，无需多占用额外基地。光伏发电减少了火电厂等燃料发电所产生的空气污染和废渣污染。采用光伏组件的外墙使得建筑外观更具魅力。光伏建筑可以就地发电，就地使用；在夏季白天用电高峰时，光伏系统发出的电能，能解决电网峰谷供需矛盾；安装在屋顶和外墙上的光伏组件能降低室内空调的冷负荷，节省空调能耗。对于没有建设公共电网的地区，把光伏发电系统安装在建筑上是一种性价比较高的解决方案。
关键词：太阳能；光伏发电系统；既有建筑
1光伏发电特点
在光伏发电系统的应用过程中，运用光伏发电可以有效节约资源，从而减少发电单位的成本，促进其长远的发展。光伏发电之所以能够进入到电力市场，与其自身的优势与特点有着密不可分的关系。首先，光伏发电可以作为分散式电源进入到电力市场，可以在市场中取代常规能源，也可作为常规能源的补充，能够有效解决特殊领域的用电需求，进而保证用电区社会大众的正常用电生活。此外，光伏发电还具有充分的清洁性，其主要体现在光伏发电属于清洁能源，且在使用的过程中不会对环境产生污染。同时，光伏发电还具有绝对的安全性，在并网光伏发电系统中的电压一般在220V以下，电压较小可以有效规避应用过程中的风险性问题。最后，光伏发电还具有极强的实用性，在后续的应用过程中其使用寿命较长，且不易受到各方面因素的影响，具有很强的稳定性。光伏发电凭借着自身的优势在发电系统中获得了广泛应用，而要保障其作用得到充分发挥，相应的单位以及工作人员必须针对实际情况进行分析与探究，通过有效的应用途径来发挥其效能，从而促进我国电力单位的稳定、健康发展。
2我国光伏发电产业的现状
光伏发电是依据光生伏特的发电原理，通过光电转换的方式将丰富的太阳能转化为光能，通常系统主要由太阳光伏组件、汇流箱、逆变器、变压器及配电设备构成，同时再加上监控系统、有功无功控制系统、功率预测系统、五防系统及无功补偿装置等辅助系统与设备，组成一套完整的光伏发电系统。我国的光伏发电网系统分为分布式和集中式2种，其中分布式的电网在城市屋顶上应用较多，形成光伏建筑一体化，而且该种系统形式占地面积少，安装较灵活，投资成本较低。该种方式电网的安装不需要考虑到负载性能，所以会降低系统成本。集中式的光伏电网系统是一种大型的光伏并网电站，通常在戈壁中使用的比较多，能有效输出电能，该种发电形式一般都是企业出资建设，而且建设的成本较高。我国太阳能光伏发电方面在不断发展，与此同时，我国重点发展太阳能热利用及与其相关的一些新能源产业，而且我国在新能源产业发展中的一些政策较好，所以光伏发电的道路越来越广阔。目前，我国光伏发电水平与国外发达国家相比，已经处于一个高速发展阶段，但也存在一定劣势，就是在电网发电占比中，光伏发电依旧是占比较小的一种发电形式。
3太阳能光伏发电系统分类
（1）独立离网光伏发电系统。家庭独立光伏发电系统即离网光伏发电系统，与公共电网无直接联系，主要由太阳能电池组件、蓄电池、控制器构成，若要为交流负载供电，还需要配置逆变器将直流电转换为交流电。这类系统适用于太阳能资源丰富、无传统电网或经常停电的地区，也适用于城市中铺设线路困难且成本较高的场所。（2）家庭并网光伏发电系统。家庭并网光伏发电系统是通过逆变器将光伏电池板发的直流电变换为交流，经过相位整合后同电网的交流电合起来使用。主要由光伏电池板、逆变器、交流保护开关箱和电表组成。主要特点是用户可将所发电直接输送至电网。
4太阳能光伏设备的有关要求
(1)对蓄电池要求。并网光伏系统，对蓄电池几乎无硬性要求，并且作为公共电网的辅助设备，在确定光伏方阵容量时，不用像独立光伏发电设备一样还需进行严格的计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆一般家庭使用方阵容量为1~5kW光伏设备就足够了。（2）对组件要求。与一般的平板式光伏组件不同，（BIPV）组件需要兼具两方面的特性，在满足发电要求的同时，更必须满足建材性能的要求，如：保暖、防水、观赏性等，还应具有足够的强度和刚度，避免施工和运输过程中的人为损坏等。根据建筑工程的需要，已经生产出多种满足建筑外墙、楼顶、玻璃幕墙等性能要求的太阳电池组件。（3）对电池要求。在独立光伏系统中，光伏方阵要尽量朝向赤道倾斜安装，与水平面之间的倾角要经过严格的计算，以达到光伏方阵发电量的极大性和均衡性。而在并网光伏系统中，只要考虑光伏方阵输出的最大量即可。然而在实际应用中，为了满足设计师对于建筑物外形的需要，方阵可能无法满足角度要求，这就需要光伏和建筑设计师共同协商解决。
5既有建筑光伏发电系统设计
5.1光伏与屋顶一体化设计策略
首先，优先考虑光伏与坡屋顶结合。由于建筑屋顶通常分为坡屋顶与平屋顶两类，坡屋顶可以直接作为光伏系统的载体，而平屋顶为了保证光伏系统的发电率，需要额外安装结构为光伏系统提供所需的角度。其次，与平屋顶结合时需要注意光伏板对立面效果的影响。当光伏板与平屋顶结合时一般要将光伏板倾斜一定角度以增加发电效率，这个角度通常为当地纬度加15°～20°，最简单的方法是将光伏板按照一定的规律直接摆放在屋顶上，并使在视线所能触及的范围之内都具有一定的秩序。
5.2光伏与墙身一体化设计策略
当建筑对发电量要求不大或通过其他方式已经满足发电需求时，考虑光伏系统与墙身的一体化设计时可以采用与墙身部分结合的方式。这时需要注意构件与建筑整体的关系，通过对比统一、比例与尺度、节奏和韵律等形式美规律使建筑立面达到整体美观效果。当光伏和建筑材料在同一平面上时，光伏材料可以作为点元素，在主要建筑材料之间作为点缀间隔出现在立面上，增强立面的趣味性，也可以作为线元素与墙面进行一体化设计，在立面上形成一定的韵律感，。在考虑光伏与墙面的一体化设计过程中，也可以使墙体自身产生倾斜，这样更有利于光伏板的安装与集热，而且在立面效果上由于面的转折产生了一定的变化与节奏感，面与面之间的阴影关系也为遮阳提供了便利，这种做法非常好地体现了一体化的设计理念。
5.3太阳能光伏发电的发展前景
我国政府已将光伏产业发展作为能源领域的一个重要方面，并纳入了国家能源发展的基本政策中，已先后确立了一系列相关制度和措施，支持光伏用户发电并网，优惠电价，发放补贴，并在光伏建设贷款等方面给予光伏产业种种优惠，鼓励光伏产业发展。2017年国家出台的《电力发展“十三五”规划》更是对分布式光伏设定了超常规发展目标，提出2020年分布式发电要达到70GW，而到目前为止，分布式累计安装量还不到10GW。种种迹象显示，分布式光伏尤其是家庭分布式光伏无疑是巨大的市场，即将迎来快速发展期。
结语
太阳能光伏建筑的在建筑尤其是居民住宅上的应用有着较高的推广价值，对进一步建设生态社会也有着巨大的战略价值。而且在经过论证后确实具有一定可行性，可以预见，今后随着技术问题的解决，太阳能光伏建筑会越来越普及，具有非常广阔的前景。
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[3]郭娟利．光伏建筑表皮一体化设计解析［J］．新建筑，2012，(4):89－92．
论文作者:王林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/17
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