張 博

　　中國(guó)能建集團(tuán)葛洲壩國(guó)際工程有限公司， 北京市 100025

　　摘要：在當(dāng)前背景下，可持續(xù)發(fā)展的理念得到了進(jìn)一步深化和實(shí)施，同時(shí)，綠色、環(huán)保、節(jié)能已成為建筑業(yè)發(fā)展的主流，反過(guò)來(lái)，滿足各種先進(jìn)技術(shù)的需要，為建筑業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展提供了重要的基本保證。在實(shí)際施工過(guò)程中，合理使用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，能夠滿足綠色建筑的要求和節(jié)能建筑的施工要求，有效地緩解能源和資源消耗問(wèn)題，改善了環(huán)境污染情況。

　　關(guān)鍵詞:太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;光伏建筑一體化;能源

　　1 引言

　　在現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)舒適的建筑環(huán)境的追求越來(lái)越高，這導(dǎo)致了建筑采暖、空調(diào)、照明等能源消耗的增加。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種新能源正逐漸得到人們的關(guān)注。太陽(yáng)能作為一種新型能源，具有可再生、大能源、通用、綠色、清潔等特點(diǎn)。近年來(lái)，光伏發(fā)電在新能源的開(kāi)發(fā)利用中得到了廣泛的應(yīng)用，其中光伏建筑一體化應(yīng)用技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2 光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)要求

　　光伏元器件或方塊的選擇和設(shè)計(jì)應(yīng)在建筑組合中進(jìn)行，在綜合考慮發(fā)電效率、發(fā)電容量、電氣等因素的前提下，而且要以結(jié)構(gòu)安全、適宜、美觀為基礎(chǔ)，選擇合適的光伏元件，并與建筑模數(shù)相協(xié)調(diào)。光伏陣列傳輸及分布電力及控制電纜與其他管道的整體布局，以確保安全、隱蔽及集中布置。當(dāng)光伏陣列的交流側(cè)斷開(kāi)時(shí)，直流側(cè)設(shè)置為備用電源仍然可以充電。因此，光伏陣列的直流側(cè)設(shè)有所需的觸電警告及安全措施，以防止觸電。在人員中，可以接觸或接近光伏系統(tǒng)警告標(biāo)簽的位置。對(duì)于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，只能采用并網(wǎng)保護(hù)，以保證電網(wǎng)和光伏陣列的正常運(yùn)行，確保一方的任何異常情況不會(huì)影響另一方的正常運(yùn)行。同時(shí)，電網(wǎng)保護(hù)也是大修工作人員人身安全的基本要求。此外，計(jì)量裝置的安裝也便于用戶對(duì)光伏系統(tǒng)的運(yùn)行效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和評(píng)估，同時(shí)，通過(guò)引入相關(guān)國(guó)家政策和光伏系統(tǒng)用戶可能的補(bǔ)償，光伏陣列應(yīng)滿足電壓偏差、閃變、頻率偏移、相位、諧波、三相平衡度和功率因數(shù)等電能質(zhì)量指標(biāo)。

　　3 光伏發(fā)電與建筑一體化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

　　3.1 光伏發(fā)電的設(shè)計(jì)原則

　　光伏建筑一體化設(shè)計(jì)應(yīng)以不損害和影響建筑的效果、結(jié)構(gòu)安全、功能和使用壽命為基本原則。

　　3.2 建筑設(shè)計(jì)BIPV的設(shè)計(jì)

　　應(yīng)從建筑設(shè)計(jì)入手，首先對(duì)建筑物所在地的地理氣候條件及太陽(yáng)能的資源情況進(jìn)行分析;其次是考慮建筑物的周邊環(huán)境接收太陽(yáng)能的具體條件，如被其他建筑物遮擋;再者與建筑物外裝飾的協(xié)調(diào)，嵌入屋面裝飾面層，結(jié)合裝飾面層分格進(jìn)行布局，以達(dá)到整體統(tǒng)一的效果。透光部位可以代替采光頂進(jìn)行施工，達(dá)到自然采光與光能收集雙結(jié)合的效果。

　　3.3 發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　BIPV的發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與地面光伏電站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同。地面光伏電站一般根據(jù)負(fù)載或功率要求來(lái)設(shè)計(jì)光伏方陣大小并配套系統(tǒng)。BIPV根據(jù)光伏方陣大小與建筑采光要求來(lái)確定發(fā)電的功率配套系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含3個(gè)部分，分別為光伏方陣設(shè)計(jì)、光伏組件設(shè)計(jì)和光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。光伏方陣設(shè)計(jì):在實(shí)際應(yīng)用中往往因?yàn)橐�服從于建筑的外形需要，光伏方陣可能�?huì)有各種顏色與板塊大小之分以及朝向和傾角，這需要光伏和建筑師共同協(xié)商，兼顧雙方的需求，妥善解決。光伏組件設(shè)計(jì)涉及電池片的選型與布置、組裝的裝配。光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要確定系統(tǒng)類(lèi)型為并網(wǎng)系統(tǒng)或獨(dú)立系統(tǒng)，控制器、逆變器、蓄電池等的選型，防雷、系統(tǒng)布線、感應(yīng)、監(jiān)控顯示等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。

　　3.4 結(jié)構(gòu)安全性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　光伏組件與建筑的結(jié)合涉及組件本身結(jié)構(gòu)安全和固定組件連接方式的安全。組件的安裝固定需對(duì)固定節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，并充分考慮在使用期內(nèi)的多種不利情況。

　　4 太陽(yáng)能光伏建筑一體化應(yīng)注意的事項(xiàng)

　　4.1 日照量問(wèn)題

　　在太陽(yáng)能光伏技術(shù)中，日照量是最為關(guān)鍵的影響因素，其直接影響電站的建設(shè)，對(duì)于太陽(yáng)能光伏建筑同樣如此。設(shè)計(jì)時(shí)，要參照該地歷年的日照量數(shù)據(jù)，得出最佳的建設(shè)位置和線路走向。

　　4.2 矩陣的傾斜角度

　　太陽(yáng)與水平地面間的角度大部分時(shí)間是傾斜的，而太陽(yáng)能電池板需要與太陽(yáng)保持一定的角度才能發(fā)揮其應(yīng)有的效能，因此應(yīng)計(jì)算出最佳的角度。對(duì)此，設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)跟隨太陽(yáng)角度的感應(yīng)器意義重大，能自動(dòng)校正矩陣的傾斜角度。但對(duì)于光伏建筑而言，要想實(shí)現(xiàn)該想法，存在一定的難度。

　　4.3 組件之間的電壓?jiǎn)栴}

　　由于每個(gè)電池板在組成過(guò)程中大小型號(hào)存在一定的差異，因此其電壓也存在一定的差異。而這個(gè)問(wèn)題的解決方案較簡(jiǎn)單，僅需統(tǒng)一組件的型號(hào)特征即可。

　　4.4 電池板自身消耗

　　在太陽(yáng)能電池板工作過(guò)程中，其自身會(huì)消耗一定的電能，使得整個(gè)系統(tǒng)輸出的電能減少。換言之，就是電池板本身會(huì)消耗一部分自身轉(zhuǎn)化的電能。所以，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)將充分考慮電池板自身的耗能情況，并將其耗能情況降至最低。

　　4.5 系統(tǒng)所處環(huán)境

　　對(duì)于光伏系統(tǒng)而言，其自身所處的環(huán)境是一個(gè)必然考慮的因素，如系統(tǒng)所處環(huán)境是否有遮擋物，其濕度和溫度是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響等。只有綜合分析這些問(wèn)題并提出相應(yīng)的解決方案，才能充分發(fā)揮電池板的性能。

　　4.6 負(fù)載情況

　　太陽(yáng)能系統(tǒng)主要的服務(wù)對(duì)象是負(fù)載，因此負(fù)載的實(shí)際情況決定了整個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模和電池板的規(guī)格。例如，一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的信號(hào)塔，其用耗能情況基本都是固定的，系統(tǒng)僅需滿足其日常耗能即可;一些民用住宅不同時(shí)間段的耗能情況不一樣，其波動(dòng)變化較大，所以在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮所有電器設(shè)備的耗能情況(注意季節(jié)性電器，如空調(diào)等)。

　　4.7 外觀設(shè)計(jì)

　　從當(dāng)前很多高層建筑的設(shè)計(jì)來(lái)看，很多外墻基本都是玻璃結(jié)構(gòu)(玻璃幕墻)，如鋼化玻璃等。這些材料的使用能滿足遮擋需求，但是透光性不高，尤其是對(duì)于一些具備觀光性質(zhì)的高層建筑，明顯達(dá)不到其需求。所以，選擇光伏組件材料時(shí)，應(yīng)選擇雙面玻璃型號(hào)，不僅可滿足其透光需求，而且能帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。

　　4.8 接線盒

　　接線盒對(duì)于光伏組件的保護(hù)起著非常重要的作用，如惡劣環(huán)境保護(hù)、防水、防觸電保護(hù)等。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分將其融入系統(tǒng)構(gòu)架。

　　5 建筑光伏系統(tǒng)的主要應(yīng)用

　　5.1 附加光伏系統(tǒng)(BAPV)

　　就附加光伏系統(tǒng)而言，主要包含屋頂和墻面這兩個(gè)附加系統(tǒng)。對(duì)于屋頂附加系統(tǒng)，就是把光伏板直接安裝到建筑屋頂?shù)纳厦妫�通常適用于平屋頂和坡屋頂，因?yàn)榻ㄖ�屋頂是沒(méi)有遮擋物的，獲取的光能更多一些。對(duì)于墻面附加系統(tǒng)，就是把光伏板安裝到建筑墻面上，需要按照建筑的實(shí)際情況，把光伏板安裝到采光良好的墻面上，并且該系統(tǒng)通常適用于老建筑。

　　5.2 光伏建筑一體化(BIPV)

　　就光伏建筑一體化而言，它主要由采光頂、幕墻以及構(gòu)件三部分組合而成的。對(duì)于光電采光頂，它就是把太陽(yáng)能光伏板運(yùn)用到屋面上，需要確保光伏板有著良好的透光性能。通常情況下，透光率大約在10%到50%之間;對(duì)于光伏幕墻，就是把太陽(yáng)能光伏板當(dāng)做建筑的玻璃幕墻，需要確保太陽(yáng)能光伏板具有良好的發(fā)電性能，雖然它與傳統(tǒng)的玻璃幕墻有著相同的構(gòu)造，但它可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能;對(duì)于光伏構(gòu)件，就是把光伏板當(dāng)做構(gòu)件應(yīng)用到建筑中，比如遮陽(yáng)構(gòu)件、圍護(hù)構(gòu)件、欄桿等，這樣一來(lái)，不僅可以起到了美觀的作用，而且還節(jié)省了大量的建筑構(gòu)件。

　　6 結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)是一個(gè)能源消耗大國(guó)，每年能耗約占全世界的1/3，其中能耗中有45%是建筑能耗，是汽車(chē)和工礦企業(yè)的4倍。隨著國(guó)家將節(jié)能減排上升到政治和民生工程的高度，低碳注定是未來(lái)建筑的方向，而使用太陽(yáng)能是建筑節(jié)能最有效的手段之一。光伏建筑一體化的發(fā)展將成為節(jié)能減排低碳環(huán)保的第一戰(zhàn)，標(biāo)志著向可持續(xù)發(fā)展的能源體系過(guò)渡。

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