杜志萍

　　北京實(shí)創(chuàng)鑫誠(chéng)節(jié)能技術(shù)有限公司 北京 100041

　　內(nèi)容摘要：在我國(guó)發(fā)展現(xiàn)階段，能源已經(jīng)成為牽制我國(guó)發(fā)展的一大阻力，因此人們?cè)诓煌５膶ふ液屠�用可再生綠色能源，其中太陽(yáng)能作為一項(xiàng)優(yōu)選，已被成功應(yīng)用在生活中的各個(gè)方面。這個(gè)方案對(duì)光伏建筑一體化的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合現(xiàn)有條件技術(shù)進(jìn)行深入評(píng)估，設(shè)計(jì)一個(gè)最合適的光伏建筑方案，規(guī)劃應(yīng)用太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，以滿足建筑物的生活工作中的用能需求，為開展節(jié)能減排，綠色低碳做出帶頭示范作用，給地區(qū)，社會(huì)做一個(gè)積極的影響。

　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 光伏建筑 設(shè)計(jì) 綠色低碳

　　第一章項(xiàng)目設(shè)想

　　1.1項(xiàng)目范圍

　　這個(gè)利用太陽(yáng)能綠色能源的建筑一體化計(jì)方案，是在一棟三層高的小別墅進(jìn)行的。在別墅的屋頂與墻體(北面墻體由于基本不見光，所以不用)建設(shè)過(guò)程中應(yīng)用優(yōu)質(zhì)的太陽(yáng)能光伏建筑材料，不需要額外占用其他建筑空間和建筑資源。這個(gè)光伏的發(fā)電項(xiàng)目產(chǎn)生的電能將提供給房屋的日常生活工作使用。

　　1.2并網(wǎng)方式

　　并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是現(xiàn)在光伏技術(shù)的的熱點(diǎn)研究項(xiàng)目，其技術(shù)在現(xiàn)在已經(jīng)成熟，而且因?yàn)槠湫詢r(jià)比較高，在許多項(xiàng)目中得到應(yīng)用。可以進(jìn)行一系列的商業(yè)化推廣與應(yīng)用。

　　在當(dāng)前的技術(shù)條件下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)從發(fā)電的角度進(jìn)行分類大致可以分為三大類：第一類是離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，第二類是無(wú)蓄電池光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，第三類結(jié)合了前兩類系統(tǒng)的特點(diǎn)，帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

　　1.2.1離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)

　　離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，較為常見，已經(jīng)被應(yīng)用多年，技術(shù)已經(jīng)成熟。離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)利用蓄電池進(jìn)行蓄能，這種系統(tǒng)在一些沒有電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)或一些人口稀少的地區(qū)用的較多。離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)操作和結(jié)構(gòu)都相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性很強(qiáng)。但是這個(gè)系統(tǒng)中的蓄能裝置，也就是它的蓄電池，由于體積較大并且處于艱苦的工作環(huán)境中，它一直保持充放電的循環(huán)工作中，這種工作模式導(dǎo)致電池壽命極大的縮短。而且現(xiàn)在這種系統(tǒng)往往在偏遠(yuǎn)地區(qū)應(yīng)用較多，而它蓄電池的售賣價(jià)格又偏高，這樣就意味著他的前期投入與后期維護(hù)費(fèi)用較高，經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)。因此不能大規(guī)模的使用。

　　1.2.2無(wú)蓄電池光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

　　在有公共電網(wǎng)的地方可以選擇安裝無(wú)蓄電池光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這種系統(tǒng)經(jīng)過(guò)太陽(yáng)能光伏發(fā)電板進(jìn)行發(fā)電后可以直接并入電網(wǎng)運(yùn)行，以電網(wǎng)作為儲(chǔ)能裝置。這種系統(tǒng)投資相對(duì)較小，這樣就會(huì)減少發(fā)電的成本，并且刪減了蓄電池的使用步驟，這樣就提高了系統(tǒng)的使用率，極大的減小故障發(fā)生的概率，還可以減少因蓄電池使用完畢被丟棄產(chǎn)生的二次污染，提高了整個(gè)系統(tǒng)的環(huán)保性，更為貼合本次設(shè)計(jì)的綠色與節(jié)能的主題。但是無(wú)蓄電池光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器的工作模式是單一的并網(wǎng)模式，在電網(wǎng)突然發(fā)生緊急情況，例如斷電或者停電，該系統(tǒng)就會(huì)隨之停止工作。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于現(xiàn)如今來(lái)說(shuō)，也不是什么大問(wèn)題，現(xiàn)在我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)較為成熟，斷電的的概率及其低。較為靠譜。

　　1.2.3帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

　　結(jié)合了前兩種系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器不僅可以獨(dú)立工作，還可以進(jìn)行并網(wǎng)工作，并且他的系統(tǒng)中還配有少量的備用蓄電池，當(dāng)系統(tǒng)遇到突發(fā)狀況停電時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)可以利用備用蓄電池儲(chǔ)存的電力在短時(shí)間內(nèi)向負(fù)載輸送電力。相比下該系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性等特點(diǎn)較為突出優(yōu)秀，但是他的前期建設(shè)投入與后期維護(hù)花費(fèi)特別大。

　　在當(dāng)前的技術(shù)條件下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)從安裝環(huán)境的角度進(jìn)行分類大致也可以分為三大類：1.光伏建筑集成系統(tǒng)2.地面光伏電站3.能源綜合應(yīng)用系統(tǒng)。

　　1.3太陽(yáng)能電池組件

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心主要是太陽(yáng)能電池。目前來(lái)說(shuō)，全球光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)中常使用的組件材料主要有三種：1.晶體硅材料。2.非晶硅材料。3.多元化合物材料。

　　1.3.1晶體硅材料

　　目前，晶體硅材料是國(guó)內(nèi)外使用率較高的一種材料，它一般就是指單晶硅材料和多晶硅材料，并且在國(guó)內(nèi)的光伏組件生產(chǎn)中也主要是以晶體硅材料占主要地位。商業(yè)化的多晶硅電池片，它的效率一般最低在百分之十二，最高在百分之十六，而單晶硅電池片的效率一般最低在百分之十三，最高在百分之十八。

　　1.3.2非晶硅材料

　　非晶硅材料一般就是非晶硅薄膜，用這種材料生產(chǎn)的太陽(yáng)能電池成本較低，可以進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，由于人們對(duì)于非晶硅材料的重視程度越來(lái)越高，使得它的發(fā)展速度越來(lái)越快。作為一種太陽(yáng)能材料，用非晶硅材料做電池雖然較好，但是它的光學(xué)帶隙小，對(duì)太陽(yáng)輻射光譜的長(zhǎng)波區(qū)域的敏感度較差，從而導(dǎo)致非晶硅材料做成的太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率較低。目前,電池轉(zhuǎn)化效率一般為百分之五到百分之九左右。直接影響了它實(shí)際中的應(yīng)用。

　　1.3.3多元化合物材料

　　多元化合物薄膜太陽(yáng)能電池一般就是運(yùn)用多元化合物材料做成太陽(yáng)能電池，無(wú)機(jī)鹽是他的電池材料，這些無(wú)機(jī)鹽一般指砷化鎵，硫化鎘，碲化鎘及銅銦硒等。

　　

　　就目前的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，最成熟的光伏發(fā)電材料是晶體硅材料。而且預(yù)估計(jì)在未來(lái)十年，晶體硅材料在光伏發(fā)電領(lǐng)域的地位仍然不會(huì)動(dòng)搖。這類太陽(yáng)組件轉(zhuǎn)換效率最低百分之十二，最高可達(dá)到百分之十六，一般可以使用二十五年。在建筑設(shè)計(jì)選擇晶體硅組件的過(guò)程中，對(duì)我選取了常規(guī)組件和光伏建筑一體化(BIPV)兩種組件的特點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比(見表1)

　　

 

　　結(jié)合各種因素，由于別墅建筑屬于私人建筑，不同于其他建筑，所以，更傾向于使用美觀，不影響建筑外觀的BIPV組件。

　　1.4光伏直流，交流并網(wǎng)逆變器

　　關(guān)于逆變器，有兩種選擇：第一種是集中式逆變器，第二種是分布式逆變器。

　　1.4.1集中式逆變器

　　集中式逆變器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要組成是光伏陣列、逆變器和直流母線，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，人們一開始使用的就是集中式逆變器。在該系統(tǒng)中，所有的光伏器件通過(guò)用串并聯(lián)結(jié)成一個(gè)光伏陣列，這個(gè)陣列通過(guò)逆變器將太陽(yáng)能集中轉(zhuǎn)化為交流電，所以把這種結(jié)構(gòu)叫做集中式逆變器。集中式逆變器的輸出功率可達(dá)到兆瓦級(jí)，方便進(jìn)行檢查與維修，進(jìn)行發(fā)電時(shí)所需要的成本較低，所以將集中式逆變器主要用在功率等級(jí)較高的地方，如光伏電站等。

　　1.4.2分布式逆變器

　　分布式逆變器的安裝是采用戶外壁掛式，這樣對(duì)于空間大小的需求就大大降低。在發(fā)電的時(shí)候，分布式逆變器的安全性比較可靠，如果發(fā)電過(guò)程中突發(fā)故障，可以直接更換故障逆變器而不用改變其他，分布式逆變器一個(gè)輸入只能接一個(gè)組件串，不需要匯流箱，不需要直流配電柜，不需要粗直流電纜，不需要直流側(cè)匯流，在逆變器的內(nèi)部就可以全部操作，實(shí)施監(jiān)控與保護(hù)。

　　表2對(duì)兩種逆變器的性能特點(diǎn)進(jìn)行了各方位的對(duì)比。

　　將表二的材料數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，可以得出下面的結(jié)論：此項(xiàng)目是規(guī)模相對(duì)來(lái)說(shuō)比較小一點(diǎn)的光伏電站，它的裝機(jī)容量相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較小，而且是在現(xiàn)有別墅的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)改變，根據(jù)這個(gè)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行一個(gè)分析與總結(jié)，再結(jié)合一下逆變器的安裝使用方法以及運(yùn)行的效率水平，我認(rèn)為在這個(gè)方案應(yīng)該采用分布式逆變器的設(shè)計(jì)。

　　1.5項(xiàng)目目標(biāo)

　　這個(gè)設(shè)計(jì)方案預(yù)估計(jì)使用低壓并網(wǎng)發(fā)電的方式，太陽(yáng)能電池通過(guò)陣列吸收太陽(yáng)能，然后將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電，接著再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，最后再將交流電輸入到低壓電網(wǎng)中，不使用蓄電池來(lái)進(jìn)行儲(chǔ)能裝置，而且并網(wǎng)逆變器可以對(duì)電網(wǎng)的微小相位以及電壓波動(dòng)很好的適應(yīng)，是因?yàn)樗�具有自�?dòng)相位和電壓跟蹤的特殊功能，不會(huì)影響電網(wǎng)的使用。該項(xiàng)目建成后，可以減少燃煤和減少二氧化碳的排放，將在居民建筑方面起到積極的綠色帶頭作用。

　　第二章項(xiàng)目效益分析

　　2.1個(gè)人效益

　　經(jīng)計(jì)算調(diào)查，一棟三層別墅一年耗電20000千瓦時(shí)。中國(guó)居住在城市的居民一度電的使用價(jià)格一般最低是0.56元，最高是0.62元，也就是說(shuō)一棟三層別墅一年電費(fèi)11200元到12400元。集中供暖各地區(qū)價(jià)格不一樣，以太原所在地區(qū)為例，按建筑面積每平米3.6元。(按使用面積每平米4.8元)而且居民建筑層高超過(guò)2.8米的將加收費(fèi)用。這棟三層別墅約280平米。一年取暖費(fèi)約10000元。以及一些其他情況。合計(jì)能耗方面消費(fèi)大約22000元。屋頂及墻體安裝BIPV組件約500㎡。同時(shí)使用電熱水器來(lái)采暖。根據(jù)發(fā)電情況及保養(yǎng)預(yù)算。二十五年年預(yù)計(jì)能節(jié)省500000元。(詳情看附錄)

　　2.2社會(huì)效益

　　現(xiàn)如今，太陽(yáng)能光電技術(shù)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，主要是應(yīng)用在城鄉(xiāng)建設(shè)領(lǐng)域，運(yùn)用太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)手段來(lái)將一些工作生活中所需要解決的能源問(wèn)題得到改善，例如取暖、照明等一些常見問(wèn)題，對(duì)于將常規(guī)能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換替代，完善建筑節(jié)能設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)體制具有積極推進(jìn)的重大意義。未來(lái)在光伏應(yīng)用中，太陽(yáng)能綠色能源一體化建筑將占有重要的一席之地，有較好的發(fā)展前景和市場(chǎng)潛力。

　　項(xiàng)目的建設(shè)將在當(dāng)?shù)仄鸬綆б欢ǖ姆e極的帶頭作用，具有較好的示范作用。而且山西省在對(duì)煤炭資源的發(fā)掘以及消耗方面數(shù)一數(shù)二，對(duì)于積極配合國(guó)家提出的節(jié)能減排和綠色低碳的號(hào)召，帶頭干好綠色能源工作，有義不容辭的責(zé)任與義務(wù)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　山西作為一個(gè)煤炭能源消耗速度較快的大省，積極利用太陽(yáng)能等綠色能源，對(duì)全國(guó)來(lái)說(shuō)都具有一定的積極效應(yīng)。對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的光伏建筑一體化設(shè)計(jì)的探索與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行認(rèn)真研究與分析在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下。建立一個(gè)太陽(yáng)能綠色能源一體化設(shè)計(jì)的成功案例，為地區(qū)乃至全國(guó)提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 李娟 , 丁蕾 , 王婭 . 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng) 用分析 [J]. 沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版 ),2018(1):1-4.

　　[2]周希松.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在民用建筑中的應(yīng)用[J].現(xiàn) 代建筑電氣 ,2017(4):38-41.

　　[3] 張長(zhǎng)志 . 光伏發(fā)電系統(tǒng)在綠色建筑中的應(yīng)用及其節(jié)能研究 [J]. 科技與企業(yè) ,2015(9):102-102

　　[4]Deo Prasad，Mark Snow.太陽(yáng)能光伏建筑設(shè)計(jì)[M].上�，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司技術(shù)中心，譯.上海：上海 科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

　　[5]施韜，沈佳燕，蔣金洋.光伏建筑一體化研究及應(yīng)用現(xiàn)狀 [J].新型建筑材料，2011，38(11)：38—41.

　　[6]靳偉.光伏建筑一體化(BIPV)在綠色建筑中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù)，2011，42(10)：907—910.

　　[7]鄭瑞澄，路賓，李忠，等.太陽(yáng)能供熱采暖工程應(yīng)用技術(shù)手冊(cè) [M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011

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