基于綠色建筑理念的自動化光伏百葉窗產電節能系統

王義函

【摘 要】我們的最終目的是創造一種適合辦公、學習場所的高效的新BIPV裝置。我們根據綠色建筑理念，提出從占建筑物表面積60%的窗戶上采取太陽能來供給室內用電的系統，實現室內耗能減少，達到節能減排的目的。目前市場此類產品不多，此類產品市場潛力大。我們分析了它的市場價值，市場潛力，不久的將來能給國家帶來百億經濟增值。我們還對比了一些目前已有的產品，性能上，綜合了他們的優點，分析了我們的創新性，同時也指出了我們的不足之處。

【關鍵詞】綠色建筑；自動化；光伏百葉窗

一、基本概念

（一）綠色建筑理念：

綠色建筑指的是在全壽命期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材）、保護環境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生，即能夠達到節能減排目的建筑物。眾所周知，“綠色建筑”的“綠色”，并不是指一般意義的立體綠化、屋頂花園，而是代表一種概念或象征，指建筑對環境無害，能充分利用環境自然資源，并且在不破壞環境基本生態平衡條件下建造的一種建筑，又可稱為可持續發展建筑、生態建筑、回歸大自然建筑、節能環保建筑等。

（二）基于綠色建筑的光電一體化結構（BIPV）：

BIPV即Building Integrated PV是光伏建筑一體化。BIPV技術是將太陽能發電（光伏）產品集成到建筑上的一種技術。在發達國家，建筑用能占全國總能耗的30%—40%，對經濟的發展已經形成了一定的制約作用，所以在未來BIPV必然會成為一個發展的趨勢。這項技術有著采光好、安全性高、安裝方便、壽命長、綠色環保等優點，并且它適合于大多數的建筑，在平屋頂、斜屋頂、幕墻、天棚等結構上都可以安裝。

二、設計前序

（一）研究目的：

盡管中國綠色建筑發展速度快，但是綠色建筑技術仍存在缺陷，缺乏創新性。本次研究旨在根據BIPV原理，設計出用于學校、辦公樓、家庭書房等辦公地點的光電一體式太陽能百葉窗。并且令它具備以下幾點能力：

* 可以根據室內的光強，自動調節扇葉的角度，以調節入光量來使室內滿足辦公、書寫等所需的光強強度要求。

* 其扇葉上覆蓋有薄太陽能電池板（或者直接用略厚的太陽能電池板當扇葉），收集直射在窗戶上的太陽能。

* 外接插座，實現即時向室內供電，同時也外接蓄電池，用于其他用電，如：樓道的夜間照明供電等。

并進一步探究探討該技術未來的發展前景，為在我國發展綠色建筑做出先行探索。

（二）選題原由：

* 由資料可知，在公司大樓的辦公室，初中高甚至大學校教室中都存在著入射光線太強以至需要拉上窗簾，并且開燈辦公的現象。這不僅額外浪費了電力，還浪費了原本應該射入室內的太陽能。

* 在發達國家，建筑用能已占全國總能耗的30%—40%

* 窗戶面積占建筑物側表面百分之60以上。那么能不能利用這些電力以達到節能的效果呢？于是我們去搜集了一些相關的資料，決定從窗戶入手是一個切實可行的辦法。

* 并且隨著科技的快速前進，智能家居也在不斷的往自動可控化的方向發展著，太陽能窗簾自然也會越來越普及。

* 不妨設想長遠一些，假設有一天大家都換上了太陽能簾，如同現今的太陽能熱水器并入國網供電一樣，實現取電于窗，連入國網，那么這個意義便是極大的。

（三）產品的現實意義：

* 緩解供電壓力，提高能源效率：

國內發展綠色建筑將有效帶動新型建材、新能源、節能服務等產業的發展，有望撬動超過萬億元的綠色市場規模。目前中國帶有綠色建筑評價標識的建筑總面積不足4000萬平方米，由此可見綠色建筑在未來的發展空間是巨大的。

* 緩解環境危機，促進可持續發展

霧霾圍城，如今發展清潔能源已成為大趨勢，從未來上看，發展太陽能是必須的，而未來又必須要著手于現在。從綠色建筑上來說，建筑作為人工環境，是滿足人類物質和精神生活需要的重要組成部分。中國正處于工業化和城鎮化快速發展階段，若要在未來15年內保持GDP年均增長7%以上，則將面臨巨大的資源約束瓶頸和環境惡化壓力。嚴峻的事實告訴我們，中國要走可持續發展道路，發展節能與綠色建筑刻不容緩。

減少電量消耗，優化用電方式。

* 設計合理，經濟環保

綠色建筑通過科學的整體設計，集成綠色配置、自然通風、自然采光、低能耗圍護結構、新能源利用、中水回用、綠色建材和智能控制等高新技術，具有選址規劃合理、資源利用高效循環、節能措施綜合有效、建筑環境健康舒適、廢物排放減量無害、建筑功能靈活適宜等六大特點。它不僅可以滿足人們的生理和心理需求，而且能源和資源的消耗最為經濟合理，對環境的影響最小。

三、理論計算

（一）耗材預測

整個設備生產下來所需為：

電機、太陽能片、百葉窗、蓄電池、以及繩索等小物件，列入成產線后，統共耗材費約為300元。

（二）產能節約費

太陽能板產能取決于兩個因素：光照強度和太陽能電池板的轉換效率。我們以普通窗戶1.5平方米1小時發電量為例來計算。

假設每天平均光照強度是1000W/m^2，太陽能電池板的轉換效率是20%，那么功率P=1000W/m^2×1.5m^2×20%=300W，1小時發的電就是0.3度。按照這個方式計算，不同光照強度，電池板轉換效率不同的情況下產的電量都是不一樣的。

一天8小時光照，0.3*8=2.4度，每度電0.5元的話，一天節省2.4*0.5=1.2元。

綜上兩點，只需要300/1.2=250天即可收回成本，然后節能產電。

四、分析

（一）與相似產品的對比：

德國的太陽能遮陽板，直接一整塊2x2米厚太陽能電池板傾斜遮擋窗戶前，上端固定可轉動，只能滿足閉合（完全不允許入光）或者張開固定角度（正面對太陽），活動不靈活，優點是收集的太陽能較多，但不符合實際辦公學習的條件，不符合本產品應用在辦公地點的要求，不能根據需要調節入光量。

國內有自動調節的窗簾，與本產品自動控制結構相似，無太陽能電池機構，要耗費室內的電力。但是如果出現對自動調整的光線不滿足，無法辦公、學習時在座位上調整，還需起身。本產品有隨時隨地調節。而且本產品可實驗電力自給，并有電力輸出。

（二）創新點：

1）符合當下國家發展光伏產業的現狀，略作填補了國內BIPV上的空白；

2）四路互鎖控制電路的實施，解決了控制正轉和反轉容易，控制停止后再正（反）轉難的問題；

3）實現了太陽能電池板與自動化窗簾的結合，暫時市場還沒這種產品；

4）智能家居理念，實現了窗簾的自動化。

5）綠色建筑及節能減排，建筑物室內耗能的減少，建筑物表面的能源利用，符合綠色建筑的要求。

五、總結

國策上，國家已經開始發展BIPV與綠色建筑，投入了大量資金，公布了各項政策。

建筑物節能上，充分利用好建筑物表面的能量，減少建筑室內的耗能，不僅不浪費室內供電，好用建筑物表面能量供給室內用電。

經濟上，BIPV可帶動萬億產業鏈，而且降低電價，前景豐厚。

環境上，綠色能源、綠色建筑正是污染嚴重的國內所需要的。

能源的枯竭，污染的加重，以及新能源、新理念的提出，鞭促著我們跟緊時代的步伐，為未來做好準備。

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