浅谈太阳能光伏发电与建筑一体化的应用

引言

随着世界性能源危机的爆发和生态环境的恶化，风能、太阳能以及水能等清洁可再生能源快速发展。与其他能源相比，太阳能具有分布广泛、安全以及可持续强等优点，并可以将其转化为电能和热能，满足人们的各项供热需求。绿色建筑是近年来建筑领域兴起的一种新的建筑理念，以保护环境、节约能源为技术手段，为用户提供一个安全、舒适、健康的居住环境，是未来建筑发展的主流方向。将光伏发电系统应用于绿色建筑，可以充分利用太阳能资源，降低建筑能耗，满足绿色建筑发展需求，达到节能减排的目标，符合绿色建筑发展要求。

1 太阳能光伏建筑一体化概述

通过分析太阳能光伏建筑一体化的构架可以看出，其主要是在太阳能光伏技术的理论基础上利用方阵的模式，在建筑的最表层构架一个系统、立体的太阳能矩阵。这个矩阵既可以是一个独立的系统，独立承担该栋建筑的日常能源消耗，又可以将其并入国家电网，输入自身转化的能源，进而达到一定的经济效果。在设计这个矩阵的时候，除了考虑该矩阵最大能源转换率，还应符合该建筑的设计理念，确保其既环保又美观。由于光伏矩阵与建筑的结合不占用额外的地面空间，是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式，因而倍受关注。第一，太阳能光伏建筑一体化的能源转化过程不会产生污染物，而且其设备可以重复循环使用，具有一定的绿色性，对生态环境保护具有一定的作用。第二，太阳能光伏建筑一体化设备主要安装于建筑的屋顶、外墙等部位，在充分发挥建筑效能的同时，节约了原本建筑太阳能方阵所需的空间[1]。

2 太阳能光伏发电与建筑一体化的应用

（1）太阳能光热技术。在古代时期，我们的先人对太阳能辐射到地表的热能利用就已经驾轻就熟了。而如今，不论是在我国幅员辽阔的农村、城镇地区，还是在城市人口密集的老旧小区，都可以看见光热技术应用最广泛的产物——太阳能热水器。太阳能光热转化比光电转化技术更为成熟、应用更广，例如：太阳能热水器，被动式太阳房等。与建筑有效结合且最普遍的应用是太阳能热水系统。随着太阳能热水系统与建筑一体化技术逐渐成熟，该技术也经历了从农村到城市，从零星用户到大面积住宅，从单一热水器到整个热水系统的质变。还可利用光热技术发电，因其技术优势，发电成本较传统发电低，且在无光照时仍可持续发电几个小时。按太阳能辐射量到达地面的多少，可将中国各地划分为五类地区，一类地区年总辐射量可达五类地区的两倍有余，这就造成太阳能热水系统在资源丰富地区的使用效率高，但供应成本较低，在建筑设计和制定政策时要因地制宜。

（2）光伏发电系统在建筑外墙的应用。绿色建筑要求尽可能减少建筑材料的使用，充分利用太阳能、风能等自然资源，为居住者创造一个自然、宜居的环境。建筑外墙是最容易接受太阳直射的地方，也最容易囤积太阳能，能够将太阳能直接转化为电能，为光伏发电系统在建筑中的应用创造了有利条件。因此，设计时往往将太阳能光伏板、玻璃幕墙集成PV玻璃幕墙，不仅可以隔绝太阳辐射，还可以将太阳能转化为电能，供应建筑内部的照明系统，减少外部墙体的温度，降低室内空调负荷。PV板外观优美、结构轻、色彩丰富，可以赋予建筑现代感和时尚感，因此在现代建筑中广泛应用[2]。

（3）电气自动化在光伏发电无功补偿控制中的运用。由于光伏发电系统结构自身存在一定的复杂性，即光伏发电系统在实际运行过程中所运用到的结构部件主要为电子元件，光伏发电系统在启动的过程中电子元器件会产生谐波，这给电力系统的维护带来了一定的困难，不利于提高光伏发电系统自身的稳定性，而且在实际运用的过程中，还会因存在电压不足的问题而导致电压的超负荷运行，这样的工作情况不利于保证太阳能光伏发电的有效性，而且还会影响太阳能光伏发电的效率和质量。而且如果在电子元器件启动的过程中产生了无功率损耗，还会造成电能的浪费。因此在实际的运行过程中需要合理科学运用电气自动化技术，其中在这个过程中主要运用电气自动化技术来进行无功实际需求量的判定，通过判定将功率的损耗控制在一个合理的范围之内，这样就能有效避免电压不稳等情况的出现，以此来维护太阳能光伏发电系统运行的稳定性。

（4）光伏建筑一体化（BIPV）。就光伏建筑一体化而言，它主要由采光顶、幕墙以及构件三部分组合而成的。对于光电采光顶，它就是把太阳能光伏板运用到屋面上，需要确保光伏板有着良好的透光性能。通常情况下，透光率大约在10%到50%之间；对于光伏幕墙，就是把太阳能光伏板当作建筑的玻璃幕墙，需要确保太阳能光伏板具有良好的发电性能，虽然它与传统的玻璃幕墙有着相同的构造，但它可以把太阳能转化为电能；对于光伏构件，就是把光伏板当作构件应用到建筑中，比如遮阳构件、围护构件、栏杆等，这样一来，不仅可以起到了美观的作用，而且还节省了大量的建筑构件。

文章来源：《太阳能学报》 网址: http://www.tynxbzz.cn/qikandaodu/2021/0201/568.html