光伏发电系统在建筑工程领域中应用

光伏发电系统在建筑工程领域中应用

韩国

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浙江工业大学工程设计集团有限公司舟山分公司316100

【摘要】面临机遇和挑战并存的国际背景，太阳能光伏发电产业在中国新能源发展低碳经济的进程中处于关键位置。本文关键对光伏发电的特点、组成和其在建筑上的运用实施了探讨。

【关键词】光伏发电；原理；系统组成；建筑；应用

引言：

人类取之不尽用之不竭的可再生能源就是太阳能，具备足够的清洁性、绝对的安全性、相对的普遍性、确实的长寿命与不用维护性、资源的充足性和潜在的经济性等优势，在长期的能源战略中具备关键位置。随着世界能源愈来愈显现的危机，世界建筑发展的趋向是节能建筑，代表太阳能运用最尖端、最有潜力的光伏发电将愈来愈多的运用于节能建筑。

1、光伏发电的特点

地球上能开发约120万亿千瓦的太阳能资源，是4万倍的风能，240万倍的水能。中国太阳能资源丰富，是21世纪最主要的可再生能源。其具备下面优点：发电质量高、没有噪声、没有能源消耗、可靠安全；长寿命，25年持续固定发电，能和电网并网运行；低碳、绿色、环保，让企业节能减排压力减轻；小体积、轻重量、对屋面安全与景观没有明显的不好影响；可以抵消白天峰值阶段的电耗，明显的节能效果。缺点：（1）照射分布密度小的能量，面积即要占用巨大的。（2）得到的能源和四季、昼夜和阴晴等气象条件相关。（3）成本高的发电。（4）光伏板制造经过中不环保。

2、光伏发电的体系组成

基本的太阳能发电体系是由太阳电池板、充电控制器、逆变器与蓄电池组成：

太阳能电池板：太阳能发电体系中的重点部分就是太阳能电池板，太阳能发电体系中价值最高的部分也是它。其功能是电能可以让太阳的辐射能力来转换成，或送往蓄电池中保存起来，或促进负载工作。依据用户需要，把若干太阳电池板依照一定形式连接，构成太阳能电池方阵，再配上合理的支架和接线盒构成。

太阳能控制器：太阳能控制器的功能是掌控整个体系的工作状态，充电保护、过放电保护是蓄电池起到过的作用。在温差相对大的位置，合格的控制器还要具有温度补偿的作用。别的附加作用像光控开关、时控开关都要是控制器能够做的选项。

蓄电池：其功能是在有光照时把太阳能电池板所发出的电能保存起来，到要用的时候再释放出来。通常为铅酸电池，小微型体系中，也能用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。

逆变器：在许多地方，都需要供应220VAC、110VAC的交流电源。因为太阳能的直接输出通常都是12VDC、24VDC、48VDC。为可以向220VAC的电器供应电能，需要把太阳能发电体系所发出的直流电能转换成交流电能，所以需要应用逆变器。

3、建筑项目中的光伏发电技术运用简况

3.1建筑项目中的光伏发电技术原理。光伏发电技术原理是运用光子能量转换成电能的光伏效应的经过。照射在太阳能电池的是太阳光或别种光源时，电池就会吸取光能进而形成光生电子与光生空穴，这些光生电子在太阳能电池的内部电场功能下和空穴分离，电池就会在两端积累不一样电荷，形成光生电压，从而产生光生伏打效应。如果在电池内建电场的2侧引电极接负载，就会有光生电流形成功率用于输出，太阳能就这样转换成电能。太阳能电池板在建筑物采光顶安装，这样就有效运用了建筑空间又将环保、节能的太阳能光伏发电技术运用于建筑中，光伏发电体系转换的电能供应要为建筑的平常用电，不够由电网补充。

3.2建筑项目中的光伏发电技术简况。每一国政府都特别重视光伏发电技术的研发，美国与欧洲提出运用太阳能发电来让发电成本降低，预计2015年得到突破；日本计划2020年光伏发电总量提高到28GW；国际能源署预计2020年光伏发电可以完成和电网平价。我国2009年激励光伏发电产业发展；2010年清楚开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场；2011再次明确主要发展太阳能热运用和光伏光热发电的新能源产业；新的太阳能光伏发电电价是发改委2011宣布，地方政府负担补贴以刺激其广泛。

4、建筑光伏发电系统

建筑光伏体系能够分为建筑附加光伏体系（BAPV）与建筑集成光伏体系（BIPV）2种。

建筑附加光伏体系（BAPV）在建筑的屋顶或外墙上安装光伏体系，作为光伏组件载体的建筑物，起到支撑功能。

建筑集成光伏体系（BIPV）是指把光伏体系和建筑物集成在一起，光伏组件变成建筑构造不能分割的一部分，像光伏组件和屋面一体化、光伏组件和幕墙一体化、光伏瓦、光伏和遮阳装置一体化等；假如拆除光伏体系则建筑自身就不可以正常应用。建筑集成光伏体系是建筑光伏体系的更高级运用，光伏组件既作为建材又可以发电，一举两得，能够局部抵消光伏体系的成本，对光伏体系的宣传有利。

建筑光伏的多种运用方式如下：

4.1光伏组件和建筑屋顶一体化

因为建筑屋顶是太阳光直射范围，日照最长时间、最大强度的太阳能辐射，所以光伏组件安装在屋顶最可以充分运用太阳能；光伏组件和屋顶一体化设计，能够让在高层建筑中风对光伏组件的影响减少；光伏组件材料吸收太阳能，屋顶不用隔热材料。所以，和建筑屋顶一体化的大面积光伏组件的应用，不但节省了本钱，建筑还得到了美观，更有效的运用了屋顶的复合作用。太阳能瓦是光伏组件和屋顶的另外一种一体化方式。它能够在屋面上像瓦片一样直接铺，不需要安装什么支架。太阳能瓦的创新之处在于让光伏体系与建筑屋顶变成一体，达到了真正的建筑一体化。

4.2光伏组件和墙体一体化

除屋顶外，外墙是建筑物和太阳光接触最多的。能使用各类墙体结构与材料，把光伏组件设置在建筑物的外墙上，来适当的运用外墙接收的太阳光。这样不但能够运用太阳能发电，并且还可以让建筑墙体的温度有效降低，让建筑室内空调冷负荷降低。

4.3光伏幕墙

光伏幕墙把光伏组件集成到玻璃幕墙之中，突破了陈旧玻璃幕墙的简单维护作用，把被当作有害原因而屏蔽在建筑物表面外的太阳光，变成为电能被人类运用，同时这种复合材料不多占建筑面积，让建筑物更显美观。

4.4光伏组件和遮阳装置一体化

光伏组件和遮阳装置的一体化是在不影响建筑美观的同时又适当的运用太阳能，真正完成了建筑节能、环保的设计理念。能运用在普通建筑与停车场中。

5、太阳能光伏发电体系在建筑节能中的宣传和应用

现在，太阳能科技发展趋势包哈下面2种，就是太阳能光电技术和太阳能光热技术相联合，太阳能综合技术和建筑相联合。太阳能建筑一体化是将来建筑发展的关键方式，它将为人类带来崭新的生活形式。

5.12008年，北京奥运会鸟巢体育场设有太阳能光伏发电体系约为130kW的总装机容量，这体系形成的电力资源直接并入国家体育场的电力供应体系，对缓解奥运场馆的电力提供起到非常关键的作用。与此同时，对绿色奥运的提倡，应用绿色能源、大力控制与节能减排、倡导绿色环保的生活形式起到主动的示范功能。

5.22010年上海世博会，中国馆、主题馆、世博中心、演艺中心等安装的太阳能光伏发电体系超过4.68兆瓦的总装机容量，相当于150户居民一个月的生活用电量的是一天的发电量。太阳能光伏发电带来的“阳光世博”也充足展示了中国太阳能运用的技术水平，非常大地促进了中国太阳能有关产业的发展。

结语：

综上，太阳能光伏发电技术在建筑范围中的运用前景广阔。更为深刻的显示发展运用能再生能源是现在世界必走的能源之路，只有这样才可以让环境污染最大限度的降低，节省非可再生能源。

参考文献：

[1]张龙瑞.太阳能技术在建筑中的应用及思考[J].装备制造技术.2011（08）

[2]李辉.一种光伏建筑一体化模型的创新设计［J］.中国科技信息.2011（14）