太陽能光伏發電技術在建筑設計中的應用

李艾+于京滄+金鑫+姜雪晶

摘 要：太陽能是地球上所有人類賴以生存的能源，也是一切其他能源的來源，無論是石油能源、火能，還是現代高科技研究產物新能源等，都由太陽能通過轉化得來，在一定歷史時期為人類生活提供能源或便利。因此，隨著科技的發達，人類漸漸掌握了更多將太陽能轉化為我們需要能源的方法，這種通過某種特定裝置將太陽能轉化為特定能源的方式，叫做太陽能轉換。因此，筆者將介紹通過太陽能轉化為電能的技術，也就是太陽能光伏發電技術，來研究太陽能光伏發電技術在建筑設計中的應用。

關鍵詞：太陽能；光伏發電；建筑設計；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.171

太陽能轉化為電能主要依靠光伏發電原理，也就是研發一種能夠將光能轉化為電能的半導體，將這種半導體安裝在太陽能電池中，在接受光照過程中電池中的半導體吸收光照，并將光能轉化為離子狀態，帶電離子在電池中自由移動，在脫離原子核正電束縛后，形成自由帶電離子，在閉合電路中定向移動，最后形成電流，這個過程就是太陽能轉化為電能的過程，這種發電方法不同于風力發電、水力發電、火力發電等傳統高污染、高能源浪費發電方法，而是高效率、低污染的方式，并且擁有高再生性，能承受長時間的使用。但這種環保發電方法在實踐中也會受到成本和環境的限制。我國的光伏發電還處于高速發展狀態，因此國家對這種環保發電方法提供更多支持，也相應出臺很多政策為這種發電方法開辟綠色通道。不同于過去先污染再治理的觀念，我國提倡在環保中發展的道路，因此保護我們的生存環境，為地球未來的發展提供更科學的方法，是我們加大太陽能光伏發電技術在建筑設計中應用的源動力。

1 在建筑設計中應用太陽能光伏發電光技術的優勢

不僅是我國，全球范圍內其他國家也在大力提倡使用太陽能進行環境保護和節約資源，因為通過太陽能光伏發電技術不僅能節省其他稀有資源如石油、煤炭和天然氣等，還有降低浪費、高效環保的特點。

第一，通過光伏發電技術產生的是電能，這種發電方式對環境的污染近乎于無，且生產出的電能是清潔能源，太陽能在當下依然屬于可再生能源，利用太陽能不僅降低了對環境的破壞，還達到可持續發展的目的。第二，光伏發電的裝置雖然成本較高，可使用時間長，材料占地面積小，簡單安裝在屋頂即可使用，不必另外開辟場地安置，不僅工廠可以大范圍使用，一般住戶也能在住所附近安裝。第三，白天光照強烈，電池可以在這個時段大量儲存能源，當晚間用電高峰期來臨時，光伏發電生產的電能就能緩解用電緊張的現象，減少地區發電廠的壓力。第四，普通居民安裝在屋頂或墻壁上的太陽能光伏發電裝置在一定程度上吸收了光能，避免陽光直接照射建筑物，也減少了建筑物對光能的吸收，在夏季也可以降低室內溫度，起到一舉兩得的目的。第五，太陽能轉化隨時產生隨時使用，這點在普通居民使用中尤其明顯，只要有光照，就能產生電能，這就減少了電能從發電廠輸送到用戶家中的過程產生的浪費，減少遠距離輸送電能在一定程度上也減少了電線的使用，節省了能源。第六，太陽能光伏發電基本達到了零污染零排放的要求，而且現代建筑可以在設計過程中將光伏發電設備融入建筑設計中，這種結合不僅美觀，而且環保節能，在許多發達國家已經大范圍使用。

因此，上述六點都是光伏發電對環境、人類產生的積極作用，光伏發電項目的推廣符合未來建筑設計發展方向，不僅能通過建筑設計和建筑物進行完美的融合，還能極大程度上減少環境污染，通過利用環保的太陽能產生無污染的電能，一方面減少建筑物因為光照帶來的磨損，另一方面收集陽光降低地方電網壓力，在商業、普通居民中適用度都很高，是能廣泛推廣的環保方式。

2 光伏發電技術在建筑設計中的應用

2.1 建材型建筑

建材型建筑就是在建筑設計階段，將光伏發電設備融入建筑物中作為常規建筑材料使用，傳統建筑物將磚面或鋼混結構作為外墻，主要用于保護建筑主體安全和美觀，但現在可以將太陽能光伏發電設備嵌入外墻，作為建筑裝飾面，起到吸收光能轉化電能和建筑物安全美觀的作用，在發電供應建筑物內部光照的同時，吸收陽光避免室內高溫，減少空調使用頻率，降低建筑物對環境破壞。

建材型建筑的光伏發電設備材料主要由鋼和玻璃組成，在整體設計中不僅要考慮建筑物和設備的安全性能，還要注重現代建筑屋頂美觀，光伏發電設備要具有一定縱深才能高效吸收光能，避免建筑物大量光照，在居民建筑物中要考慮頂層住戶和中間層住戶的區別，在設計時注重樓頂和樓體表面設備的安裝，保障電能輸送到每一戶居民家中，因此在電纜設備安置上也要考慮使用年限等原因。

2.2 普通型建筑

普通型建筑不同于建材型建筑將光伏發電設備融入建筑物中的特點，而是在建筑物表面安裝設備，做簡單的結合處理，適用于目前已有建筑物，但在較常用于頂層用戶，主要材料有鋼混支架，發電設備和電線等，由于只能設置在樓頂，因此也要格外注意磨損和防雷，建筑表面安置的發電設備安置簡單方便，安裝成本相較于建材型建筑較低，且具有更強的使用性能，屋頂吸收光照多使得發電量較多，這種高效率的發電方式在我國居民建筑物群中非常實用。

3 結論

當下我國大量建筑物樓頂都安裝了這種簡易的太陽能光伏發電設備，普通型建筑的推廣已經頗具成效，但光伏發電設備的建材型建筑推廣目前較少，由于受到成本較高、知名度較低的限制，光伏發電設備的大范圍推廣還需要研究者們花費大量時間和努力，能源問題和環保問題已經是全球都在關注的問題，環保節能的建筑物應該在未來得到推廣，尤其是對太陽能這種零污染能源的利用。本文通過介紹太陽能光伏發電技術在建筑設計中的應用，提出兩點當下及未來可行的方案，希望對我國建筑物光伏發電設備推廣提供建設性意見。

參考文獻：

[1]王建秋.建筑工程預算存在的問題及處理措施[J].經濟視野，2015.

[2]鄭先友.光伏建筑一體化中建筑外觀的設計研究[J].工程與建設，2014.

[3]劉冬梅.淺談居住建筑節能設計[J].工程與建設，2014.

[4]黃柯.太陽能光伏電技術在建筑設計中的應用[J].綠色建筑，2015.endprint