太陽能光伏發電系統在建筑中的應用

趙正黎

摘要：在全球環境污染日益嚴重和能源消耗日趨緊張的今天，傳統能源與經濟、環境的矛盾越來越突出，能源一直是現代社會發展的源動力，但由于其自身的有限性和分布不均勻，能源發展問題儼然成為阻礙社會甚至整個人類發展的一座大山。在當今社會，“節能減排”已然成了社會公民耳熟能詳的一句行動標語，太陽能作為一種新型的天然可再生能源，與傳統能源相較，以其可持續發展、無污染、總量大分布廣闊等頗多優點在全球能源轉型升級的大環境下，越來越受人們的青睞。

關鍵詞：太陽能技術;建筑節能;熱水;制冷

一、太陽能光伏發電系統的工作原理

1.1太陽能電池組件

太陽能電池組件是為系統提供電能的元件。它無需通過熱過程直接將太陽能轉換成電能，輸出直流電。它由半導體材料制成，利用半導體材料的光生電壓效應，把太陽能轉換成為電能。

1.2蓄電池

蓄電池是系統中的儲能元件，在夜間或陰雨天保證向負載供電。有太陽時將太陽電池組件輸出的電能儲存起來，晚上或陰雨天將電能輸出到負載。蓄電池是一種化學電池，它能將電能用化學反應的方式轉化為化學能儲存起來，又將化學能轉化為電能釋放出來。這種轉化可以重復進行。

1.3控制器

控制器是系統中最重要的設備。它對系統的電能進行調節和控制，一方面把調整后的能量送往直流負載，另一方面把多余的能量送往電池組件儲存。當所發的電不能滿足負載需要時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池充滿電后，控制器自動控制蓄電池不被過充電。當蓄電池所存儲的電能快放完時，控制器自動控制蓄電池不被過放電，以保護蓄電池?？刂破鞯男阅芎脡?，對蓄電池的使用壽命影響很大，并最終影響系統的可靠性。

1.4逆變器

逆變器是系統中的電源轉換裝置。由于太陽電池發出的是直流電，而一般的負載是交流負載，必須將直流電轉換為交流電才能滿足需要。逆變器將直流電轉換成220V、50Hz交流電或其他類型的交流電，供給交流電用電設備，最大限度地滿足移動供電場所或無電地區用戶對交流電源的需要。

二、太陽能光伏發電系統在建筑中應用的優勢與不足

2.1優勢

（1）環保性，清潔性。太陽能直接把光能轉換為熱能、電能，為物理方式進行運作，與傳統能源的方式相比較，能源利用過程中不存在化學反應，即太陽能在使用過程中，不會產生二氧化碳、硫化物等有害物質。（2）較高的安全性。光伏發電相較于傳統火力發電更安全，其并網的電壓一般穩定在220V以下。（3）壽命較長，可靠性高。太陽能光伏發電系統充分利用建筑物的屋頂鋪設太陽能光伏發電板、制熱裝備組成分布式的能源供應系統，一旦災害發生時，部分區域受到破壞時，不會影響其他區域，能夠最大限度地保障社會各種生產、生活活動的運行。（4）資源充足，潛在經濟性高。我國太陽能資源較為豐富，近幾年光伏發電也發展的較為迅

速，光伏市場已步入由邊遠農村向井網發電和與建筑結合供電的發展路程，光伏發電已逐漸由補充能源走向替代能源，且未來還有巨大的市場潛力。

2.2不足

（1）造價及發電成本高。目前為止，光伏發電的成本仍然是其他常規發電方式（如火力和水力發電）的幾倍，這是制約其廣泛應用的最主要因素。（2）受氣候環境影響較大。地理位置不同、氣候不同，使各地區日照資源相差很大。光伏發電系統只有應用在太陽能資源豐富的地區，其效果才會好。

三、太陽能光伏發電系統在建筑上的應用形式

3.1太陽能熱水技術和發電技術

太陽能光熱技術在建筑節能中應用最為廣泛的是太陽能熱水技術及被動的太陽能采暖技術，太陽能光伏發電系統的運行方式主要分為離網運行和并網運行兩大類，而光伏發電系統在與建筑物相結合時一般采用并網發電的方式，它是太陽能光伏發電進入商業化發電階段的必然結果，也是電力工業組成部分之一的重要方向，是現今世界太陽能光伏發主流趨勢。與傳統供電方式相比這種方式具有很顯著的優勢。第一，因光伏電池可原地發電，它節省了送電站的成本，而聯網系統的電池一般安置在建筑物的空閑地，無需占用其他用地和設施;第二，這種方式可以和傳統電路并聯，使得光伏發的電可以輸入電網，在日照不足的時候傳統電網可以向室內輸電，極大地增大了光伏發電系統的使用性。

3.2光伏建筑一體化

光伏建筑一體化是將光伏發電系統安裝在現有的建筑物上，或者把光伏發電系統與建筑物同時設計、安裝、施工，這既滿足了光伏發電最主要的功能，同時又與建筑外部結合，提升了建筑物的審美感。簡單來說就是將太陽能光伏發電系統安裝在建筑的維護結構外表面來提供電力，這種方式運行時主要是運用光伏發電系統通過光伏組件用于建筑屋頂或墻面來獲取電能的一種獲電方式，光伏系統在運行時，安裝在建筑物上的光伏組件則會產生直流電源，電源通過接線盒與逆變器相連，直接將直流電轉換成交流電，給建筑物負載供電或給建筑物以外的其他負荷供電，光伏建筑一體化的核心是一體化的設計、制造、安裝，而其輔助技術則包括了高質量、高環保、低能耗、低成本的建筑材料技術。這種發電方式其實早在30年前就已經提出來了，在當下也得到了較為普遍的運用。光伏建筑在不久的將來會成為房建筑業發展的一片新天地，它給予了建筑行業無法比擬的優勢，它將傳統建筑的構造技術與現代光伏工程技術的理念相融合。

四、太陽能光伏建筑的發展方向

4.1太陽能與建筑一體化的發展

進一步推進太陽能與建筑一體化發展，促進國民經濟的可持續發展則需要包括生產商、開發商、建筑單位在內的各個參與者進行團結緊密的合作，各自發揮自己的獨特優勢，太陽能生廠商要不斷提高自身的創新能力，而房地產開發商要將眼光放在籌建更多太陽能設備點上，采用技術過硬的施工團隊進行施工保證太陽能設備的安裝質量，在建筑設計單位方面，建筑設計要采用適用于太陽能設備部件的設計方案，從而符合太陽能與建筑相結合的要求，進而從整體上提高建筑的審美能力。

4.2提升光伏發電水平

擁有先進的太陽能光伏發電水平，并趕超國際先進水平一直是我國太陽能建筑應用領域的主要發展方向和發展目，20世紀90年代以來，國外發達國家不斷掀起一陣陣發展并網太陽能光伏發電系統的高潮，可以說發達國家近幾年在太陽能光伏發電系統的研究上做出了不懈的努力，尤其是德國和美國，紛紛制定了一系列光伏發電規模應用計劃，力求在光伏發電領域有所跨越，而在亞洲中日本在這一方面也取得了鮮明的成就，每年新建在樓頂上的太陽能發電系統令人矚目?？梢?，中國要實現這一愿景還有一段漫長的路要走。

五、結語

綜上，太陽能光伏發電技術在建筑節能中的應用前景廣闊。由于太陽能自身的優勢，以及國家對節能環保的提倡，相信在不久的將來，建筑業會充分利用太陽能光伏技術，使太陽能與建筑成為有機的整體，面向一體化建筑，實現節能效果。

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