趙旭陽 馬瀟洋

　　陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院， 陜西 西安 710000

　　摘要：隨著可再生資源的減少和生態(tài)環(huán)境的不斷破壞，對清潔能源的需求越來越迫切，太陽能光伏系統(tǒng)通過組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，以滿足工廠和居民的日常用電需求。太陽能建筑一體化設(shè)計(jì)(BIPV)是將太陽能產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)應(yīng)用到建筑中，利用建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)充分利用太陽能，從而實(shí)現(xiàn)太陽能建筑的一體化。既有利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，又起到美化建筑的作用，是未來太陽能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的重要方向。摘要:本文主要分析了太陽能建筑一體化的基本概念、優(yōu)缺點(diǎn)以及系統(tǒng)構(gòu)建、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和分析要點(diǎn)，為太陽能建筑一體化的發(fā)展提供微薄之力。

　　關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;建筑施工;設(shè)計(jì)

　　引言

　　隨著全球氣溫的上升和能源資源的減少，節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為全世界追求的共同目標(biāo)之一。電能是日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的基本能源，但傳統(tǒng)的發(fā)電方式不僅消耗大量化學(xué)燃料，而且排放大量污染物。因此，新能源的使用可以解決不可再生能源的問題，實(shí)現(xiàn)自然資源的利用。最常見的自然資源是風(fēng)能、太陽能和水能。

　　太陽能與建筑一體化是近年來的一種流行趨勢，它不僅實(shí)現(xiàn)了能量的收集，而且充分利用了建筑的外部空間。

　　1太陽能光伏建筑一體化綜述

　　1.1太陽能建筑一體化的基本概念

　　太陽能建筑一體化是指太陽能產(chǎn)品與建筑的結(jié)合，利用建筑特點(diǎn)對太陽能系統(tǒng)進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)太陽能和建筑的有機(jī)結(jié)合。但太陽能建筑一體化不是簡單的疊加，而是兼具兩者特點(diǎn)的新產(chǎn)品。在建筑設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)將太陽能系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求作為建筑設(shè)計(jì)要素的重要組成部分，在不影響原有建筑功能的前提下，確保太陽能系統(tǒng)作為建筑構(gòu)成的一部分而存在。

　　1.2太陽能光伏建筑集成發(fā)電系統(tǒng)組成

　　光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成圖主要包括光伏陣列、逆變器和變流器。太陽能光伏建筑集成發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏矩陣設(shè)計(jì)、光伏組件設(shè)計(jì)和光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　1.2.1光伏陣列設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)光伏方陣時(shí)，需要從與建筑的融合和采光本身兩個方面入手:①保證最終安裝的光伏方陣的墻面顏色和板材尺寸與建筑本身基本一致，避免最終建筑的美觀性下降;②安裝時(shí)應(yīng)考慮采光量、朝向和傾角。

　　1.2.2光伏模塊設(shè)計(jì)

　　在選擇光伏組件時(shí)，還會考慮光伏組件在建筑物上的型號、功率和布局。

　　1.2.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是確定系統(tǒng)類型，根據(jù)建筑功能和太陽能光伏性能要求，確定選擇并網(wǎng)系統(tǒng)還是獨(dú)立系統(tǒng)，確定系統(tǒng)中的控制器和逆變器。

　　1.3太陽能建筑一體化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

　　(1)方案設(shè)計(jì)過程中，光伏發(fā)電與建筑充分融合，結(jié)構(gòu)合理，在滿足建筑和發(fā)電要求的基礎(chǔ)上，降低整體工程成本;

　　(2)將太陽能與建筑空間和結(jié)構(gòu)巧妙結(jié)合，最大限度地利用建筑空間;

　　(3)光伏系統(tǒng)安裝和建筑施工同時(shí)進(jìn)行，一步到位，避免后期施工對用戶使用和原建筑本身結(jié)構(gòu)的影響

　　2光伏建筑一體化設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

　　2.1在系統(tǒng)配置方面---集成設(shè)計(jì)

　　太陽能建筑一體化設(shè)計(jì)是在建筑設(shè)計(jì)中系統(tǒng)地應(yīng)用太陽能主動技術(shù)和太陽能采暖、太陽能熱水、太陽能空調(diào)、太陽能公共照明、光伏發(fā)電等各種可能的被動措施，通過對建筑所在區(qū)域的場地、氣候、建筑建材等進(jìn)行分析，確定實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的具體技術(shù)方案和光伏系統(tǒng)所需的材料、型號、功率。

　　2.2滿足建筑功能和光伏效率

　　將光伏發(fā)電與建筑本身相結(jié)合，既增加了建筑的外觀和美感，又解決了發(fā)電場地的問題，實(shí)現(xiàn)了太陽能的轉(zhuǎn)化。然而，在BIPV發(fā)展初期，由于技術(shù)的不完善和原材料配額的限制，在建筑與光伏系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計(jì)中，不僅會對建筑的功能和結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞，還會滿足一定的光伏轉(zhuǎn)換效率，因此，光伏建筑的一體化需要得到重視和解決。通常，商業(yè)建筑設(shè)計(jì)側(cè)重于公共空間、服務(wù)空間和輔助空間。光伏建筑一體化技術(shù)最適合的區(qū)域是建筑公共空間，通常對照明沒有更多要求，甚至允許全室內(nèi)照明。在該地區(qū)實(shí)施光伏建筑一體化建設(shè)時(shí)，可以通過布置方案在建筑頂層進(jìn)行，利用電池的布置將輕質(zhì)幕墻玻璃應(yīng)用到建筑外墻，這是行業(yè)進(jìn)步的結(jié)果。

　　2.3光伏發(fā)電效率和支持系統(tǒng)

　　光伏建筑一體化設(shè)計(jì)過程中，首先根據(jù)項(xiàng)目所需的發(fā)電量計(jì)算確定發(fā)電效率，根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)和光伏發(fā)電需求確定最終的支撐系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電矩陣、光伏組件和發(fā)電系統(tǒng)。設(shè)計(jì)光伏陣列和光伏組件時(shí)，需要從兩個方面入手:①保證最終安裝的光伏陣列的墻面顏色和板材尺寸與建筑本身基本一致，避免降低建筑的美觀性;(2)需要考慮其采光能力、安裝方位和傾角以及自身功率、型號等。

　　3光伏建筑一體化施工工藝

　　3.1安裝光伏電池陣列

　　3.1.1固定安裝

　　安裝太陽能電池組件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮整個安裝的便利性和安全性。部件安裝在北半球時(shí)，安裝方式朝南，傾角接近當(dāng)?shù)鼐暥萚3]。安裝電池模塊后，根據(jù)不同月份或季節(jié)的不同太陽能高度調(diào)整傾角，提高系統(tǒng)的發(fā)電量。

　　3.1.2單軸跟蹤

　　在安裝傳統(tǒng)太陽能光伏組件陣列時(shí)，采用單軸跟蹤的方法，可以將整個光伏系統(tǒng)的日平均發(fā)電量提高到原發(fā)電量的1.2倍左右。在單軸跟蹤模式下，當(dāng)單軸與地面保持同一水平，即其角度為0°時(shí)，稱為水平單軸跟蹤模式。當(dāng)單軸旋轉(zhuǎn)軸與地面的夾角為光伏項(xiàng)目所在區(qū)域的緯度值時(shí)，這種模式稱為極軸單軸跟蹤模式。

　　3.1.3雙軸跟蹤

　　雙軸跟蹤器，也就是能在兩個俯仰角都能跟蹤云頂?shù)母�蹤系統(tǒng)，可以很好的利用太陽能。在雙軸跟蹤器中，地球位于不同的地理位置，增加功率時(shí)就不一樣了。

　　3.2電纜敷設(shè)

　　在該系統(tǒng)中，從太陽能模塊到逆變器和控制保護(hù)單元之間的DC輸入連接的電纜采用鍍錫銅線或鋁線。

　　在太陽能電池組件的連接過程中，需要引出兩根電纜，分為正極和負(fù)極，因此在連接前必須確定極性，以避免正負(fù)極反向連接。

　　從聯(lián)箱到變頻器的接線應(yīng)在聯(lián)箱內(nèi)并聯(lián)，并在電纜上標(biāo)明元件串的序號，接線時(shí)應(yīng)使用銨標(biāo)和圖紙。

　　交流輸出側(cè)供電電纜采用銅芯PVC絕緣電纜，逆變器輸出電纜接至并網(wǎng)配電柜并做好標(biāo)記。

　　3.3并網(wǎng)逆變器的安裝

　　目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)中最常用的逆變器有兩種，即組串聯(lián)逆變器和集中式逆變器。組串聯(lián)逆變器具有體積小、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以作為系統(tǒng)中的單個組，還可以將多個逆變器連接到不同的MPPT通道，從而可以輸出最大功率。

　　安裝變頻器時(shí):①在設(shè)備運(yùn)輸過程中，減少對設(shè)備的劇烈碰撞和磨損，從而減少對設(shè)備的損壞;②安裝前，必須開箱檢查變頻器的型號和規(guī)格是否與設(shè)計(jì)方案一致，并檢查變頻器的完整性，防止設(shè)備損壞;③安裝設(shè)備時(shí)，必須與后壁保持至少1m的距離。

　　4結(jié)束語

　　隨著全球科技的快速發(fā)展和工業(yè)水平的大力提高，傳統(tǒng)能源和全球生態(tài)環(huán)境都受到了嚴(yán)重的危害，為了有效促進(jìn)節(jié)能減排和保護(hù)全球生態(tài)環(huán)境，合理有效地開發(fā)和利用可再生能源已經(jīng)成為世界各國共同研究和關(guān)注的問題之一。前不久，“鋼鐵俠”馬斯克宣布光伏屋頂將成為斯特拉未來的主要業(yè)務(wù)之一，全球能源巨頭杜克能源(DukeEnergy)向可再生能源投入近4000億元的消息震驚了光伏界，充分展示了太陽能光伏在能源時(shí)代的重要性。中國也加大了分布式電網(wǎng)的發(fā)展力度，對光伏建筑一體化給予了一定的政策傾斜，同時(shí)出現(xiàn)了大量的光伏材料供應(yīng)商。因此，大力發(fā)展BIPV是適應(yīng)國家能源戰(zhàn)略調(diào)整，實(shí)現(xiàn)未來電網(wǎng)智能化的必要手段。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王立喬，孫孝峰.分布式發(fā)電系統(tǒng)中光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014：78-90.

　　[2]沈文忠.太陽能光伏技術(shù)與應(yīng)用[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2013：202-224.

　　[3]李清然.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2016.

　　[4]竇海林，王波，張靖宇.光伏建筑一體化技術(shù)研究進(jìn)展[J].江西建材，2017(1)：54-55.

---

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/wulilw/1672.html