太阳能光伏发电系统在民用建筑中的应用分析

太阳能光伏发电系统在民用建筑中的应用分析

尚林波

（中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司山东省海阳市265116）

摘要：我国是世界上人口最多的国家，然而资源却十分有限。在能源消耗方面，工业、交通运输、建筑业一直是三大能耗大户，其中建筑能耗约占社会总能耗的30%左右，建筑能源消耗逐年递增，能源供需矛盾日益突出，节能降耗势在必行。为此，国家和地方相继出台了多个政策、法规和文件，要求大幅度提高可再生能源在建筑用能中的比例。近年来，太阳能等可再生能源作为取之不尽、用之不竭的新型环保能源，已经在民用建筑中得到越来越多的应用。据国家能源局发布的2017年前11个月统计数据，我国的光伏发电总量高达1069亿kWh，同比增长了72%，节能减排作用十分明显。

关键词：太阳能；光伏发电；民用建筑；应用

1光伏发电基本原理

对于光伏发电系统，它主要由以下几部分构成：①光伏电池方阵：光伏电池可将光能转换为直流电，在系统中属基本单元。金属支架上通过导线相连的若干光伏电池及组成方阵，利用方阵提供必需的电流及电压。②控制器：负责对系统的输入功率与输出功率进行分配和调节，也能调整蓄电池电压。③逆变器：实现直流电向交流电的转换。因光伏电池与蓄电池均属直流电源，所以在交流负载情况下，需采用逆变器进行变换，以提供交流电流。④蓄电池组：因日照具有不恒定性，所以在系统中需要用到蓄电池来调节或存储电能。蓄电池能将直流电能转换成化学能进行存储，在需要时通过转换释放[1]。光伏发电系统主要有以下三类：①独立系统：将光能直接转换成电能，和公共电网没有连接；②并网系统：在转换形成电能后和交流电网相连；③混合系统：是指兼有至少两种能源的系统。

2太阳能光伏发电

太阳能电池是太阳能光伏发电系统中的核心，太阳能电池的光电转化效率的高低决定着，太阳能光伏发电系统的吸收与转化效率。通常用半导体材料如硅、镉等来制备太阳能光伏电池，在半导体材料中加入硼、磷等元素后，依据光电效应，在太阳光的照射下会使半导体材料中产生光电流，从而发电。而根据太阳能电池使用的材料的不同，可以分为：晶硅太阳能电池、聚光太阳能电池、薄膜太阳能电池。

2.1晶硅太阳能电池

半导体是制备太阳能电池的主要材料，由于半导体的光电特性，从而产生了太阳能电池。在所有的半导体材料中，晶硅材料是最常见也是最典型的半导体材料。许多半导体部件如二极管、太阳能电池板均有晶硅制备而成。自然界中，晶硅一般有单晶硅和多晶硅两种结构。

2.2薄膜太阳能电池

CIGS薄膜电池是目前最热门的薄膜光伏电池之，相对于晶硅薄膜太阳能电池，CIGS薄膜太阳能电池的光电转化效率高，而且GIGS薄膜电池的结构稳定，在CIGS薄膜太阳能电池的制作过程中不会产生污染性的化学物质，因此不会存在环境污染的问题。

3光伏组件安装在民用建筑中的应用分析

光伏组件朝南布置，采用型钢支架架空安装，安装高度约2~3m。光伏板安装在2m以上的高度，与紧贴地面安装方式相比，可防止无关人员踩踏和损坏，且支架下方的空间可以起到通风隔热的作用，有利于顶层的节能降耗，还可以作为室外遮阴活动场地，最大程度利用空间。但应注意不宜高于女儿墙或屋顶装饰用外围结构，以免影响建筑外立面美观，安装高度太高也不利于日常维护，存在安全风险；光伏板应避免跨越结构变形缝，以防止结构变形位移造成组件脱落、漏电等危险。组件安装应安全牢固可靠，结构设计需考虑光伏板和支架的重量和风荷载，还应考虑地震的影响，进行抗震设计；光伏组件阵列之间适当预留日常检修维护保养通道，通道宽度一般至少为0.6m，若方阵规模较大，如多排光伏板组成的方阵，为了避免前排光伏方阵对后排光伏方阵造成遮挡，还需根据光线投影计算通道宽度；日积月累的灰尘将会造成光伏板接收太阳辐照能力减弱，导致发电效率降低，所以光伏板除了保证定期维护清洁保养外，应优先考虑合适的倾角安装，与水平安装相比，一定的倾斜角度有利于光伏板获得更多的太阳能，且有利于借助雨水自清洁冲刷光伏板表面上累积的灰尘，减少透光衰减，节省人力物力。坡屋顶建筑一体化顺坡镶嵌安装光伏板时，因坡度固定，光伏板安装角度受限，可能无法按照最佳倾角布置，光伏板接收到的太阳光可能会减少，所以坡屋顶建筑需要建筑专业配合设计，尽量按照当地纬度±10°来确定屋面坡度。受各种因素影响，实际最佳倾角应根据各地建筑具体情况确定，有条件时可采用自动跟踪型支架系统，可根据太阳入射方向实时跟踪自动旋转支架，调节方阵角度以获取更多的太阳能。鉴于自动跟踪型系统其投资及占地面积比传统固定型系统大。

4太阳能光伏发电技术的改进措施

首先，现阶段太阳能光伏发电太阳光照充足的地方应用更为广泛，太阳能光伏发电是一个新兴的项目产业，上至政府，下至企业都要投入大量的人力和物力去进行太阳能光伏发电技术的研究，开发新的、具有良好的性能的太阳能电池板材料，这和整个太阳能光伏发电效率的高低息息相关。其次，相关的电力部门和电力企业应该将研究的重点放在太阳能光伏发电设备中太阳能电池板的阵列优化组合，通过对光伏阵列进行优化不断提高太能光伏发电设备的整体发电效率，推动我国的太阳能光伏发电技术的进一步发展。

4.1重视对太阳能并网的研究

相比于电力系统，热力系统在经济上有着一定的优势，其成本较低，它主要采用容量较大的材料作为媒介，然后经过不断的完善和不断的优化，设计出性能优良的系统，从而在一定程度上缓解人们对能源的需求，实现电能的传递。上述方法比较适用于发电较多的时段和平常人们的用电发电，同时也可以应用到电力站的部署当中。在实际的工作当中，热力太阳能还能够提供良好的动态频率支持和低电压穿越功能，这里的储存装置实际上就相当是一个后备能源以供不时之需。

4.2加强对太阳能光伏并网的分析

太阳能光伏系统主要就是可以反复进行充电的蓄电池来将额外的电能储存在其中，这种具有电能储存功能的系统可以将些蓄电池和光伏模块连接起来，之后再将负荷接入。这种系统实际上可以看作是一个较为简单的的电力设备，它能够使电能发挥正常的作用，加长其使用时间。太阳能电池一方面可以借助太阳的光照产生相应的驱动电流使相关的电力设备能够正常运行，同时太阳能电池也可以通过逆变器来将上述的直流驱动电直流电转变成为交流电。在实际的运行当中，逆变器一般使用网联逆变器，这种逆变器的优点在于能够使输出的电相位与电网保持一致。另外，这种系统还能将每一个用户的用电情况反馈给相应的电网公司，然后电力公司根据用户的不同需求制成相应的组件投入使用，通过这种方式实现了供电方最大功率的提供。但是，要注意的是相关部门的工作人员要做好后期的处理工作，保障功能的正常使用。

结语

建筑物太阳能光伏发电是我国大力引导发展的清洁可再生能源，只要项目安装环境适宜，在建筑项目中应考虑应用太阳能光伏发电系统。大力发展光伏发电产业，可缓解能源短缺状况，可减少温室气体和污染物排放，对保护环境，推进生态文明建设，建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。

参考文献：

[1]朱春颖.太阳能光伏发电微电网中控制技术的研究[J].科技创新导报，2017，14（33）：97+99.

[2]汪春生.太阳能光伏最大功率点跟踪控制技术研究[J].山东工业技术，2017（18）：164.

[3]王营辉.分布式光伏发电运行控制技术分析[J].电子世界，2017（14）：188.

[4]林少锐.太阳能光伏发电系统最大功率点跟踪技术分析[J].科技创新与应用，2013（21）：9.

[5]王平.光伏发电LED照明的最大功率跟踪及控制技术研究[J].光机电信息，2010，26（11）：30~35.