太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)在節(jié)能建筑中的應(yīng)用

朱興

摘 要：目前我國正在面臨著能源逐漸匱乏，環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)峻的現(xiàn)狀，所以尋求可再生能源已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)的關(guān)注焦點(diǎn)，太陽能光伏發(fā)電和建筑一體化技術(shù)，主要就是對(duì)太陽能資源進(jìn)行充分的利用，而且具備節(jié)能環(huán)保安全等多種優(yōu)勢(shì)，符合綠色建筑施工的要求，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在本文中就針對(duì)節(jié)能建筑中應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電和建筑一體化技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，并以實(shí)際案例為基礎(chǔ)，對(duì)太陽能光熱技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;建筑一體化技術(shù);節(jié)能建筑

中圖分類號(hào)：TK514 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）06-0021-02

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0引言

經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的同時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的污染也越來越嚴(yán)峻，能源也面臨著日益枯竭的現(xiàn)狀，所以切實(shí)提高環(huán)境保護(hù)和能源供應(yīng)意識(shí)具有非常重要的意義，尋找切實(shí)有效的可再生能源已經(jīng)成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。太陽能就是一種可以再生的能源，與我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求相一致，而且具有非常廣闊的發(fā)展前景，也符合低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)，太陽能光伏發(fā)電就是將太陽能輻射，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽恍枰褂萌魏稳剂希圆粫?huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，是一種清潔性的能源，而且還可以持續(xù)供給，具有非常廣闊的發(fā)展前景與建筑一體化技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，能夠促進(jìn)綠色節(jié)能建筑的進(jìn)一步發(fā)展[1]。

1太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)概述

1.1 太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化概述

太陽能光伏發(fā)電技術(shù)主要就是利用太陽能電池的半導(dǎo)體材料，在陽光的照射下形成電位差，然后將太陽光的輻射轉(zhuǎn)化為電能，是一種新型的發(fā)電體系。就目前的情況來看，主要包括獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式，獨(dú)立運(yùn)行可以分為直流負(fù)載和交流負(fù)載獨(dú)立系統(tǒng)兩種。現(xiàn)如今光伏系統(tǒng)已經(jīng)獲得了非常廣泛的應(yīng)用，在太陽能建筑、太空、交通等多個(gè)方面都獲得了比較明顯的應(yīng)用效果，太陽能光伏建筑也是未來發(fā)展的主要趨勢(shì)，所以也需要加大關(guān)注力度。建筑一體化技術(shù)主要就是指建筑在設(shè)計(jì)的初期，利用太陽能光伏技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合形成整體，對(duì)其進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)施工以及調(diào)試，在設(shè)計(jì)過程中需要保證建筑物的美觀性，同時(shí)還應(yīng)該科學(xué)有效的使用太陽能光伏技術(shù)，結(jié)合這兩者的優(yōu)勢(shì)，形成一體化技術(shù)。光伏建筑一體化主要有兩種方式光伏墻結(jié)構(gòu)和光伏屋頂結(jié)構(gòu)，光伏屋頂結(jié)構(gòu)主要是包括光伏組件和小高層高層建筑結(jié)合、光伏組件和低層建筑結(jié)合以及光伏組件和公共建筑進(jìn)行結(jié)合三種方式[2]。

1.2 太陽能光伏發(fā)電的基本原理

太陽能光伏發(fā)電主要就是利用光生伏特效應(yīng)，在反應(yīng)過程中太陽能電池起到了有效的能量轉(zhuǎn)化作用，具體來說，就是當(dāng)太陽光線接觸到電池以后就會(huì)被電池所吸收形成光生電子，在內(nèi)建電場(chǎng)的控制下，就會(huì)與空穴發(fā)生隔離反應(yīng)，經(jīng)過這種反應(yīng)所產(chǎn)生的異號(hào)電荷，在經(jīng)過累積以后就會(huì)匯聚成光生電壓，這就是所謂的光生伏特效應(yīng)。在內(nèi)建電場(chǎng)中，一旦連接負(fù)載就會(huì)將光生電源流出，實(shí)現(xiàn)功率的輸出和利用，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

2綠色建筑的發(fā)展

在未來的發(fā)展過程中，綠色建筑將會(huì)成為我國建筑行業(yè)的主要形式，現(xiàn)在社會(huì)人們更加關(guān)注綠色節(jié)能環(huán)保，也已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到了保護(hù)環(huán)境的意義，在未來建筑行業(yè)的發(fā)展過程中，必將向著綠色建筑方向不斷發(fā)展。綠色建筑也就是指利用可再生能源降低對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的污染，是一種綠色安全的清潔能源，主要就是指充分利用太陽能光伏電池板對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行有效的保護(hù)。一般來說，綠色建筑主要包括以下幾個(gè)特點(diǎn)：消耗的能源非常少，可以充分利用可再生能源，也就是說綠色建筑會(huì)使用更少的土地和資源，在相關(guān)技術(shù)條件的支持下，可以根據(jù)不同的資源獲得不同的技術(shù)手段，降低對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗，例如煤炭、天然氣。在綠色建筑中一般不會(huì)利用煤炭和天然氣。對(duì)于其他的電能來說，太陽能電池能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，而綠色建筑的設(shè)計(jì)理念就是與自然環(huán)境進(jìn)行和諧共處，建立環(huán)境友好型社會(huì)。在建筑的外觀上，也應(yīng)該充分體現(xiàn)美觀和諧的特點(diǎn)，更要在整個(gè)實(shí)施過程中節(jié)約資源，太陽能光伏系統(tǒng)就可以對(duì)資源進(jìn)行有效的利用，減少對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的污染，降低電網(wǎng)的電力供應(yīng)，而且還能夠減少能源在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的消耗。此外，光伏系統(tǒng)還能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，就能夠降低熱度，減少空調(diào)的使用量，切實(shí)提高資源的利用率，雖然在安裝過程中太陽能光伏系統(tǒng)的成本會(huì)相對(duì)較高，但是其營(yíng)業(yè)成本相對(duì)較低，能夠更快收資金，所以使用太陽能光伏系統(tǒng)能夠真正實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益的共贏[3]。

3太陽能光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 透光技術(shù)的應(yīng)用

就目前的實(shí)際狀況來看，在建筑物的頂部使用光伏采光方式是最為常見也是最為有效的方式。在建筑物的底部進(jìn)行采光時(shí)，太陽光能夠直射，能夠最大限度的利用太陽能，切實(shí)提高太陽能的利用率，而且還能夠有效解決玻璃幕墻吸收陽光的問題。此外，在頂部進(jìn)行采光的時(shí)候，可以選擇遮擋較低或者無遮擋的地方，這樣就能夠更好的保證太陽能的吸收率，為了能夠切實(shí)提高太陽能的吸收效率，還可以盡量選擇透明度比較高的材質(zhì)，使用太陽能光伏屋頂能夠降低太陽能對(duì)建筑物產(chǎn)生的輻射，提高受光率，所以也得到了非常廣泛的應(yīng)用。

3.2 光伏器件作為屋頂材料

在建筑物中使用太陽能光伏發(fā)電，其最為顯著的特點(diǎn)就是將光伏器件作為屋頂材料，在屋頂?shù)钠巾敽推马數(shù)奈恢枚伎梢栽O(shè)計(jì)光伏器件不會(huì)占用更多的空間。另外，在屋頂也能夠接收到更多的太陽照射，切實(shí)提高太陽能的利用率，另外將光伏器件作為固定材料，還能夠?qū)⑵渑c屋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，盡量降低對(duì)自然資源產(chǎn)生的破壞。在具體的應(yīng)用過程中，還可以將建筑物面的保溫隔熱層使用太陽能電池作為代替，不僅可以保護(hù)建筑物的物面，盡量減少外界不利因素對(duì)其產(chǎn)生的影響，降低建筑屋面施工成本，還可以充分利用太陽能光伏系統(tǒng)降低單位面積的價(jià)格。

3.3 光熱發(fā)電

對(duì)太陽能光熱進(jìn)行充分的利用進(jìn)行發(fā)電，而不再使用傳統(tǒng)的發(fā)電方式，能夠盡量避免使用昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工業(yè)降低發(fā)電的成本。另外，利用光熱發(fā)電還能夠?qū)⑻柲芗訜岬乃M(jìn)行儲(chǔ)存，這樣在沒有光照的情況下也能夠利用鐵輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電好幾個(gè)小時(shí)。在使用光熱進(jìn)行發(fā)電的時(shí)候，能夠充分利用自然資源，充分發(fā)揮自然資源的價(jià)值，在資金和技術(shù)條件的支持下，還能夠綜合多種資源進(jìn)行充分合理的利用，做到互補(bǔ)發(fā)電，還可以建立聯(lián)合熱電站對(duì)建筑物提供電能[4]。

3.4 光伏幕墻技術(shù)的應(yīng)用

目前在建筑工程中使用光伏建筑一體化主要是指光伏幕墻在建筑中的應(yīng)用光伏幕墻技術(shù)主要就是指在玻璃幕墻的夾層中壓入光伏方陣，在玻璃幕墻內(nèi)使用雙玻璃光伏組件取代傳統(tǒng)的玻璃材料，而且還能夠使幕墻具備相應(yīng)的功能，包括隔音、隔熱等等。光伏玻璃幕墻能夠最大限度的利用太陽能，真正實(shí)現(xiàn)綠色控制的作用，所以未來建筑工程發(fā)展過程中，建筑光伏一體化技術(shù)是未來發(fā)展的主要趨勢(shì)，也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)于這一部分的關(guān)注力度。

3.5 光伏雨棚、停車棚

將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)和車棚進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這樣就能夠?yàn)檐囕v遮擋風(fēng)雨，而且還能夠充分利用太陽能創(chuàng)造光伏能源，為電動(dòng)車進(jìn)行充電，在遮光的同時(shí)也能夠完全吸收太陽能，并進(jìn)行有效的利用。車棚主要是利用太陽能發(fā)電為主，市電作為旁路輔助，在晴天的時(shí)候，太陽能發(fā)電就可以為電動(dòng)車進(jìn)行充電，在陰天的時(shí)候可以通過市電為太陽能充電，而且充電也不需要蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能，可以將太陽能發(fā)出的電逆變以后直接使用。

4 太陽能光熱技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 項(xiàng)目概況

某小區(qū)內(nèi)建筑屋頂?shù)拿娣e為2萬平方米，計(jì)劃安裝光伏面板，其安裝面積約為15，000平方米，使用太陽能光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，可以安裝光伏組件總功率約為1500千瓦。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)完成以后，根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源條件，滿發(fā)時(shí)每小時(shí)大概能夠產(chǎn)生1500kW·h的電能，根據(jù)每天4小時(shí)計(jì)算，按照全年150天日照充足進(jìn)行計(jì)算，全年累計(jì)可以發(fā)電900000kW·h。此外該工程項(xiàng)目安裝光能極熱循環(huán)系統(tǒng)和平板集熱器與熱水器空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，這一項(xiàng)目建設(shè)過程中，將綠色建筑和太陽能光伏系統(tǒng)進(jìn)行充分的結(jié)合，能夠有效降低施工的成本，而且還能夠切實(shí)提高能源的利用率[5]。

4.2 方案設(shè)計(jì)

在該項(xiàng)目中，通過與平板集熱器的有機(jī)結(jié)合，能夠使建筑物在能量傳輸過程中盡量減少能源的損耗，由于太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)熱量比較大，在夏季時(shí)可以充分吸收熱量，減少用戶的空調(diào)使用量，降低能源的損耗。通過光能極熱循環(huán)系統(tǒng)，接熱器在具體的應(yīng)用過程中在充電水管中通過循環(huán)泵進(jìn)行加熱，熱盤進(jìn)行放熱，一旦發(fā)現(xiàn)即熱器的上回流管探頭探得的溫度和水管探頭的溫度高于原本設(shè)置的溫度時(shí)，循環(huán)泵就會(huì)自動(dòng)開始工作;當(dāng)兩側(cè)平均溫度差小于設(shè)置的溫度時(shí)，循環(huán)泵就會(huì)停止運(yùn)行。為了防止太熱的現(xiàn)象，一旦水管的溫度超過65度時(shí)，就會(huì)立即停止循環(huán)泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。通過這樣的設(shè)計(jì)，可以充分利用太陽能光伏系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，而且還能夠降低建筑物所吸收的熱量，在夏季時(shí)可以明顯降低空調(diào)的使用量，真正實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約利用。

5 結(jié)語

現(xiàn)如今，我們所面臨能源枯竭和環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)峻，在世界范圍內(nèi)都需要積極尋求綠色環(huán)保的可再生能源，而太陽能作為一種清潔的可再生能源，現(xiàn)如今已經(jīng)被人們廣泛關(guān)注，而且也已經(jīng)取得了一定的成效。在建筑工程中利用建筑一體化技術(shù)和太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，具有非常廣闊的發(fā)展前景，而且也能夠滿足綠色建筑發(fā)展的實(shí)際需求。

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