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摘要：社会经济的快速发展与能源的供给息息相关，并且当前人们对能源的需求与日俱增，但是随之而来的环境问题对人们的生活造成了严重的影响，在我国尤为突出，同时随着可用能源越来越少，国家迫切需要寻找更多的能源或可再生能源。而太阳能作为地球的主要能量来源，不仅具有较强的开发前景，而且无污染更环保，十分符合国家颁布的相关可持续发展策略。太阳能光伏技术就是将太阳的辐射能直接转换为人们日常所需的电能，其清洁性、环保性、安全性都其它能源无法超越的。在本文中，笔者主要对太阳能光伏在建筑中的应用进行分析研究。
关键词：太阳能光伏；建筑；应用
能源是现代社会发展的基础和动力，社会的发展就是一场场能源革命，同样在我国社会经济中也占有十分重要的位置。近年来，人们对能源的需求只增不减，据调查显示，与其他国家相比，我国能源的消耗已连续多年位居世界前列，且逐渐出现供不应求的现象。能源的减少和生态环境的危机让国家不得不考虑寻找可再生能源来形成新的能源供应体系。太阳能作为一种新型的可再生能源，其能量大、普及度广，利用太阳能光伏技术将太阳能转换为电能，运用到建筑中，不仅可以达到节能减排的作用，还可以在一定程度上节约电网建设成本和电力输送成本。本文将通过对太阳能光伏的介绍，进一步分析研究太阳能光伏在建筑中的运用。
1、太阳能光伏的介绍
作为一种可再生的能源，太阳能具有清洁、充足的特点，可以长期为人们供给能源，在一定程度上可以减少人们对其他能源（不可再生能源）的依赖。并且太阳能是各种可再生能源的基础能源，其生产的范围十分广阔，包括：制冷、制电以及制热等等。在建筑中，为了最大限度的利用太阳能，人们通过太阳能光伏系统实现太阳能到电能的转换。
太阳能电池是太阳能光伏系统的重要组成部分，虽然一个太阳能电池产生的电压仅0.5V左右，不足以满足实际使用过程中的所需电压。但是通过导线将一定数量的太阳能电池串并连接并封装，就可以输出一定功率的光伏方阵（太阳能光伏）。其中，太阳能光伏系统分为两种，一种是离网光伏，这种光伏是脱离电网运行的发电系统，不受地域限制，使用范围十分广泛，通常运用在没有电网的偏远地区，比如：孤岛、渔船、户外养殖等等。一种是并网光伏，这种光伏所发的电能可以直接反馈到电网，与离网光伏相比，不需要使用蓄电池，极大程度的节省了建设投资成本和维护成本，比如：一个家庭光伏电站的寿命为25年，一般6至10年就可以收回投资成本，而剩下的十几年都在盈利。因此，要想供电方便、节约电费，并网光伏是最优的选择。
2、太阳能光伏与建筑结合的优点分析
将太阳能光伏与现代建筑结合的方式有两种，分别是在现代建筑的结构表面铺设太阳能光伏（光伏方阵）和将太阳能光伏（光伏方阵）直接作为建筑材料。比如：在建筑的屋顶铺设太阳能光伏（光伏方阵）、在建筑的外幕墙或外遮阳上设置太阳能光伏（光伏方阵）等等。太阳能光伏与建筑结合的优点可以从三个角度来看，分别是：建筑、技术和经济。从建筑上看，可以最大限度的利用建筑面积，无需占用额外的建筑空间、土地资源。从经济上看，太阳能光伏可以就地发电、用电，极大程度的节约了电网建设和电力输送投资成本。从技术上看，没有特别复杂的技术，只需将太阳能光伏组件安装在建筑外墙或屋顶即可。
3、太阳能光伏在建筑中的应用分析
据调查显示，太阳能光伏在建筑中的应用形式主要有两种，分别是BIPV（光伏建筑一体化）应用形式和BAPV（光伏系统附着在建筑上）应用形式，具体如下所述：
（一）BIPV（光伏建筑一体化）应用形式
BIPV（光伏建筑一体化）是指建筑物与太阳能光伏系统的完美结合，即太阳能光伏（光伏方阵）直接代替建筑物的建筑材料。因此，它不仅具备太阳能光伏系统的特点，还具备建筑物本身的功能。比如：发电、隔热、隔音以及装饰等等。BIPV（光伏建筑一体化）的应用形式主要有3种，分别是光伏幕墙、光伏采光顶以及光伏遮阳。
其中，光伏幕墙是BIPV（光伏建筑一体化）3种主要应用形式中最能体现光伏建筑一体化的应用形式。它是把光伏方阵压在玻璃夹层里，组成能替代普通玻璃的双玻光伏组件，然后融合到玻璃幕墙中（如图3-1）。这种应用形式具备智能化和人性化的特点，可以有效降低室内能耗，为建筑物本身带来了绿色环保的概念。但是受安装位置的影响，光伏幕墙容易偏离吸收太阳能的最佳角度，太阳能光伏的输出普遍都偏低。
图3-1 光伏幕墙
光伏采光顶（如图3-2）在BIPV（光伏建筑一体化）中是应用最佳的一种形式，它不仅弥补了光伏幕墙偏离吸收太阳能角度的不足，还将太阳能光伏系统融入到了建筑物的屋顶结构中，在满足太阳能获取的同时，还起到了节能遮阳的作用。
图3-2 光伏采光顶
光伏遮阳是指安装在建筑物遮阳板上的光伏方阵，这种应用方式有两种类型，分别是自动跟踪型和固定型。自动跟踪（如图3-3）可以根据太阳的变化追踪最佳朝阳角度，从而获取太阳能。固定类型虽然同样可以有效的收集太阳能，但是其位置固定，只能事先设计好最佳朝阳角度。
图3-4 BAPV应用形式一
（二）BAPV（光伏系统附着在建筑上）应用形式
BAPV（光伏系统附着在建筑上）是指把已经封装好的太阳能电池安装在建筑上，不会破坏建筑物原有的结构和功能。BAPV（光伏系统附着在建筑上）应用形式有两种，一种是在建筑物的屋面安装太阳能光伏系统（如图3-4），其纵向主支撑的型钢采用的
是H型钢，在保证高度的同时，还为太阳能光伏电板和建筑的通风留出了一定距离，保证了光电转换的效率。横向承接的型钢采用的是C型钢，其施工工序简单，不会产生构件和线路的连接问题，对线路的检修十分有利。
BAPV（光伏系统附着在建筑上）应用形式的另一种是利用建筑物的金属屋面安装光伏系统的支架和组件（如图3-5）。虽然不具备围护建筑屋顶的功能，但是却为建筑物的整体提升了美感。
图3-5 BAPV应用形式二
4、太阳能光伏在建筑中的应用注意事项
要想太阳能光伏在建筑中得以良好的应用，在安装太阳能光伏系统时，需要重点关注太阳能光伏封装材料和蓄电池的选择。因为太阳能光伏组件长期处于室外，很容易受到自然环境的影响。因此，为了保证太阳能光伏组件的可靠性，在选择光伏组件封装材料时，需满足两点，分别是高性能和低成本。比如PDMS有机硅材料和PVB半透明膜片。另外，在选择光伏蓄电池时，要选用铅酸蓄电池，因为无论是从能量密度上还是使用寿命上，或是高倍率的放电上，其性能都高于其他蓄电池。
结束语
综上所述，我国目前的能源需求十分庞大，而能源供给却处于一种不应求的状态。无论是从能源供给的问题上，还是从生态环境的问题上，国家都将建立可再生能源的供应体系。太阳能作为一种具有清洁、充足特点的可再生能源，人们将其通过光电转换技术并与建筑中相结合，在一定程度上缓解了国家能源紧缺的问题，也节约了建筑物建设的成本，同时解决了光伏电站需要大量土地与我国现有土地紧缺的矛盾。但需注意的是，在将太阳能光伏应用到建筑中时，要根据实际情况选择合适的应用形式。
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论文作者:李建
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/20
标签：光伏论文; 太阳能论文; 建筑论文; 能源论文; 形式论文; 建筑物论文; 方阵论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;