關于太陽能光伏建筑一體化技術的探討

盧名榮

摘要：太陽能光伏建筑一體化在建筑節能當中的一種典型的表現形式。本文將深入闡述了光度發電的原理的特點，并且根據Matlab仿真平臺對于光伏電池組件輸出的特點做了詳細的分析，并且還將對光伏建筑一體化的定義與類型以及結合光伏電池的特點和建筑施工的技術要求，還對光伏建筑一體化施工當中的技術問題進行詳細的分析，這樣將有效的提升提發電的效率與建設光伏建筑一體化初期的投入成本有著非常重要的意義。

關鍵詞：光伏組件；光伏建筑一體化

1、光伏建筑一體化類型

1.1 建材型光伏發電系統

建材型光伏發電系統是太陽能光伏電池組件與建筑建材的結合物，兩者組成了一個有機整體，利用這種復合光伏組件替代傳統建筑屋面瓦、外墻磚等。該復合材料不僅具有建材基本特性及功能，而且還可以將太陽能轉化為電能，可謂一舉兩得。如光伏瓦、光伏磚、光伏屋面卷材等都屬于建材型光伏發電系統。

1.2 建筑構件型光伏發電系統

建筑構件型光伏發電系統是由各個光伏電池組件經過串并聯連接的方式組合成型或者獨立成型作為建筑構件的光伏構件。目前，研制成型的大尺度彩色光伏模塊，不僅可以美化建筑外觀，而且充當著遮陽板、防雨棚及防護欄板的角色，既能實現光電轉換，又具有一般建筑構件的使用功能。

2、光伏電池輸出特性

在實際應用中通常建立光伏電池的工程應用數學模型對光伏發電系統進行研究設計，通過模型與實際物理意義得到相應的數學函數關系，利用這些數學函數可以更加直接地反映光伏電池各參數之間的變化規律以及分析光伏陣列的電性能，具體的模型表達式為：

式中： Isc、Voc、Im、Vm為標準參考技術值；

Sref為太陽光強參考值為1000 W/m2；

Tref為電池參考溫度為25℃；

S 為太陽光照強度；

T 為光伏電池溫度；

S1、T1、C1、C2、D 均為中間變量；

a 為短路電流溫度系數；

b 為開路電壓溫度系數。

該模型中的各個參數能與光伏電池生產廠商提供的技術參數一致，根據光伏陣列的工程應用數學模型表達式搭建了光伏電池陣列的Matlab /Simulink 模型，并將常州某光伏電池制造廠商生產的一款型號為DBG200 的光伏電池組件，其相關參數Isc= 5.98A，Im=5.43A，Voc=43V，Vm=35V，a= +0.06%/℃，b =-0.35%/℃分別代入仿真模型中，模型中具體仿真參數設置為： 采用變步長的ode45（Dormand-Prince），最大步長為0.01，仿真時間設為45，由此可得溫度為T =25℃和T=50℃，光照強度分別為200 W/m2、400 W/m2、600 W/m2、800 W/m2及1000 W/m2時，光伏電池的P-U、P-I及I-U輸出特性曲線分別如圖1～3 所示。

從圖1、圖2可以看出在規定的溫度和光照強度下，每條曲線都對應著唯一的一個最大值，該點就是光伏陣列的最大功率點。在恒定溫度條件下，光伏陣列的輸出功率會隨著光照強度的增強而增加；而恒定光照強度時，光伏陣列的輸出功率會隨著溫度的增加而減小，所以外界環境變化會對光伏陣列的發電效率有影響。從圖3可以看出在恒溫度條件下，光伏陣列的輸出電流會隨著光照強度的增加而增加，開路電壓也會隨之小幅增加； 當光照強度不變時，短路電流會隨著溫度的增加而增加，而開路電壓卻隨著溫度的增加而減小。該仿真結果反映了光伏電池組件是一個非線性器件，其輸出特性受光照強度及溫度等外界條件的影響，實際應用中應充分考慮。

3、光伏建筑一體化應用的關鍵技術問題

光伏電池的最佳安裝傾角。傾角也叫傾斜角，是太陽能光伏電池組件安裝成型后與水平地面之間的夾角，該傾角直接影響著光伏電池組件的輸出功率，理想狀態就是此安裝傾角是光伏組件在全年中發電量最大時的最佳安裝傾角。確定最佳安裝傾角對于提高屋頂型光伏發電系統及成片規劃建設的光伏電站發電效率具有顯著的效果，可以提高光伏發電利用率，降低初期投入成本。

4、結束語

綜上所述，光伏組件的產量化發展，其相關技術的不斷成熟也將造成光伏發電系統的造價成本也不斷減少，并且將其與建筑有效的結合組成的光伏建筑一體化系統并且也會兼顧到建筑美學與節能經濟的價值，因此光伏建筑一體化將會是我國建筑行業的發展趨勢。

參考文獻：

[1]龍文志.太陽能光伏建筑一體化[J].建筑節能，2009，37（7）：1-9.

[2]周紀敏，紀愛華.離網風光互補發電技術及工程應用[M].人民郵電出版社，2011.