1、略谈光伏发电系统与建筑物一体化应用摘 要：太阳能光伏发电技术作为一种新型清洁能源技术，属于可再生资源，将光伏发电系统与建筑物一体化相结合，即美观有环保。目前国际上光伏建筑一体化的发展已经进入商业化运作阶段，而我国在这方面还比较落后，需要政府和相关研究部门作出更大的努力。本文主要分析了太阳能光伏发电技术原理，阐述了光伏建筑一体化的应用形式。 关键词：太阳能；光伏发电技术；建筑物；一体化；应用形式 中图分类号：TK511 文献标识码： A 引言 能源的潜在危机和生态的不断恶化，使世界各国积极致力于开发包括太阳能在内的可再生能源。太阳能是目前已知最丰富的一种清洁能源，开发利用太阳能，大力发展光伏发电
2、有利于节约能源、保护环境。采集太阳能，将光能转换为电能使其变为可控电能的系统，即为光伏发电系统。经过三十多年的不断改进与发展，目前已经形成一套完整而成熟的技术，而光伏发电系统与建筑一体化(BIPV)应用成为新的发展趋势。光伏建筑一体化不是光伏发电系统与建筑物的简单叠加，而是建筑从开始设计时，即将太阳能系统包含的所有内容作为建筑物不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙地将太阳能系统的各个部件融入建筑中，二者有机结合，形成多功能的建筑构件，成为建筑物不可分割的一部分。具体说就是将光伏器件与建筑材料集为一体，用光伏组件代替屋顶、窗户和外墙，形成光伏与建筑材料集成产品，既可以当建材，又能利用太阳能发电。 太
3、阳能光伏发电技术原理 太阳能光伏发电的主要媒介是太阳能电池，即光伏电池。太阳能电池将光能转变为电能的基本原理是：太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内产生一空穴对，称为“光生载流子” ，两者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的光生载流子被半导体 P-N 结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。 太阳能光伏发电与建筑一体化 3.1 光伏建筑一体化概念 光伏建筑一体化就是指在建筑设计初期，将新型太阳能光伏技术融入到建筑设计中，使之成为建筑的一个有机组成部分，统一设计、施工、调试，统一验收，同步使用。在设计时不仅要
4、保证建筑的美学特性，还要保证太阳能光伏技术的可用性。同时，为达到一体化的目标，在设计时，还要注意技术与美学的和谐统一，真正做到建筑设计与光伏发电融为一体。 3.2 光伏建筑一体化的特点和优点 产生的是绿色、清洁能源。光伏建筑一体化发电是通过安装在建筑物上的太阳能电池方阵将太阳能转化为电能的，是一种清洁能源，无污染，不会对生态环境产生不利影响，它不会像火力发电产生空气污染和废渣污染，可以说是真正的绿色能源。同时它也是一种“取之不尽，用之不竭”的可再生能源。 节省占地面积。光伏建筑一体化的光伏阵列通常选择安装在建筑物顶部或外侧墙面，不需要另外占用宝贵的土地资源，这对用地紧张的城镇来说十分重要。光伏
5、构件可以作为墙体或屋顶的一部分，这既节省了建筑材料又减少了光伏系统本身的占地面积。 减少投资。通过太阳能光伏建筑一体化发电产生的电能可直接使用或接入电网，如采用独立系统，建筑物可实现能源的自给自足，这减少了远距离送电过程中的能量损失，并且可以缓解用电高峰期的供电紧张现象。同时，原地发电、原地供电的优点节省了电站对送电网的投资。如采用并入公共电网系统，就省去了蓄电池的开支，同时也摆脱了受制于蓄电池荷电状态限制的德问题。 起到建筑节能作用。由于光伏建筑一体化中，光伏阵列一半被安装在建筑物屋顶部或外墙立面，这些光伏阵列就会大幅吸收入射阳光，从而降低了建筑物周围的温度和墙体本身的温度，这样也会提高室内
6、空调制冷效率，对建筑节能起到一定的作用。 3.3 光伏建筑一体化的形式 根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为以下两种形式: （1）建筑与光伏阵列结合。这种方式是通过固定装置将光伏阵列安装在建筑物上，建筑物作为支撑物，充当了光伏阵列的载体。实践中一般是把组装好的的光伏阵列通过钢结构或木结构框架固定在建筑物的屋顶或外墙侧面，然后再相关装置相联。 （2）建筑与光伏阵列集成。这种方式是通过高科技手段或技术，使光伏阵列与建筑材料集成化，形成一种新型建筑材料。这种新型集成化的建筑材料兼具了建材和发电的功能，可以说是物尽其美。它可以应用在建筑物的屋顶、外墙和窗户等部位。 建筑与光伏阵列的结
7、合方式是目前比较常用的形式，特别是与建筑屋面的结合，由于光伏组件与建筑的结合节省地面和空间，因而成了光伏建筑一体化广泛的应用形式，备受推崇。建筑与光付阵列的集成是 BIPV 的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高，整体成本也较高。 3.4 光伏建筑一体化的应用形式 （1）光伏屋顶 为了充分利用现有建筑的屋顶结构和面积，实现光伏建筑一体化的功能，设计师应与建筑的设计和施工单位沟通，优化设计多种不同光伏组件在建筑上的安装与连接工艺，如铝边框光伏组件在钢球屋顶网架上的安装工艺、无边框半透光的光伏组件用作玻璃幕墙和直接作为阳光温室的玻璃屋顶的安装和连接方法等；并根据建筑物的层数，充分考虑安装光伏组件的
8、可操作性和经济性等因素。支架式布置光伏构件以倾斜面接收太阳辐射，可以调整光伏阵列的倾斜角、方位角以及前后组光伏构件的间距，以此避免阴影，提高发电效率，布置的灵活性较大。支架式构造简单，成本低，应用性好，较容易普及。嵌入式的布置方式中，光伏构件不仅用来发电，同时也是完全意义上的屋面建筑构件，从而可以节省传统的屋面建筑材料。但水平的光伏构件难以利用雨水自洁，其发电效率易受影响，因而需要定期清扫。 （2）光伏幕墙 对于高层建筑来说，外墙是与太阳光接触面积最大的外表面，为了合理利用墙面收集太阳能，可采用各种墙体构造和材料，如光伏一体化的玻璃幕墙、透明绝热材料等。此外，太阳能光电玻璃也可以作为建筑物的外
9、围护构件。太阳能光电玻璃将光电技术融人玻璃，突破了传统玻璃幕墙单一的围护功能，不仅将太阳光转换为电能，也有效消除了“光污染”;同时这种复合材料占用建筑面积小，而优美的外观具有特殊的装饰效果，更赋予建筑物鲜明的高科技内涵和时代特色。光伏幕墙除了具有发电功能外，还满足建筑幕墙应有的维护功能、使用功能、安全性能和美学性能等，使用非常广泛。 （3）光伏遮阳板 遮阳板能够遮挡太阳辐射，防止室内温度升高，如果遮阳装置与太阳能光伏技术结合起来，将会是新能源、功能与艺术的完美结合。光伏水平建筑遮阳的遮阳板一般布置在层间的窗间墙位置，也可以在一层内布置多排，通常将光伏电池设置在遮阳板的上方，受阳光直射，发电功效
10、较高，与屋面相当。光伏垂直建筑遮阳的遮阳板一般布置在主体结构柱的位置，可将光伏电池设置于遮阳板的两侧，拥有较大的面积设置光伏系统，其发电效率与墙面相当。光伏挡板建筑遮阳一般布置在窗口或透明幕墙部位，可与墙面平行，也可以不平行，由于设置在室外，不一定连贯设置，其发电效率也与墙面相当。 结语：太阳能光伏建筑一体化在建筑设计上增加了新意，而且体现了清洁、绿色环保的理念，给城市电力提供了保障，我国的光伏建筑应用虽然在这几年也有了较快的发展，但还有很多方面需要完善，不仅要从技术方面提高设计的精准，而且要从政策法规上提高安全性，积极推动光伏建筑产业的平稳健康发展，减小我国该项技术的差距，使我国光伏建筑一体化获得进一步的发展与提高。 参考文献： 1吴国楚.浅谈光伏建筑一体化J.青海科技，2011（1）. 2肖潇，李德英.太阳能光伏建筑一体化应用现状及发展趋势J.节能，2010（2）：12-18 3郝斌,李现辉.太阳能光伏建筑一体化探讨J.建设科技, 2009, 2010: 32-34.
