光伏建筑一體化在高校中的應用前景★

任楠楠　陶　進　王楊洋

(吉林建筑大學城建學院，吉林長春　130000)

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光伏建筑一體化在高校中的應用前景★

任楠楠陶進王楊洋

(吉林建筑大學城建學院，吉林長春130000)

摘要:介紹了高校光伏建筑一體化的意義，結(jié)合國內(nèi)外三所高校光伏建筑一體化的實際案例，闡述了光伏建筑一體化技術(shù)的應用現(xiàn)狀，并分析了其應用前景，有利于營造出智慧、綠色、節(jié)能型的大學校園環(huán)境。

關(guān)鍵詞:光伏建筑一體化，綠色校園，太陽能，節(jié)能

0　引言

BIPV是光伏發(fā)電與建筑集成化，即Building Integrated Photovoltaic。意指將光伏系統(tǒng)布置安裝在建筑物的圍護結(jié)構(gòu)上或者直接使用光伏構(gòu)件作為建筑的表皮。隨著BIPV技術(shù)的發(fā)展，以及環(huán)保理念的深入人心，越來越多的公共建筑設(shè)計融合光伏系統(tǒng)，在滿足建筑自身用電的同時，減少碳排放，促進建筑節(jié)能。在高校中積極使用建造光伏建筑一體化，有著相當大的應用潛力。

1　高校光伏建筑一體化的意義

目前高校建筑在社會總建筑中的比例不斷增加，并且高校大多對社會開放，不僅是在校師生的工作學習場所，也是一些集會和社會活動的場所。在高校建造光伏與建筑一體化項目的意義在于:1)可以利用高校中的閑置屋面，發(fā)電滿足建筑自身用電，節(jié)約能源。2)使環(huán)保、節(jié)約、使用再生能源等理念深入人心，讓學生在校園中就樹立這些觀念。3)高校的開放性，使得高校具有強大的社會宣傳作用。4)光伏系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性，不與城市電網(wǎng)發(fā)生使用沖突，在緊急情況下，可以滿足在高校這種臨時避難所和災民安置點的特殊需求。因此從長遠利益來看，大力推廣高校光伏建筑一體化十分必要，而且社會前景巨大。

2　高校光伏建筑一體化的現(xiàn)狀

世界上較早提出這個概念并實施的是德國，率先制定了利用太陽能的項目——“太陽能學?！?。其后，美國也跟上節(jié)奏，制定了利用太陽能的項目——“太陽能進入學?！?。隨后，澳大利亞，日本等國相繼響應，陸續(xù)推廣光伏進校園的活動。

2000年以后是我國高校建設(shè)的高峰期，校園建筑總面積達到2．6億m2，比1978年的330萬m2，增長了近79倍。尤其是很多教育產(chǎn)業(yè)園區(qū)以及大學城建立，使高校建筑在社會總建筑中的份額又進一步增加。我國在光伏發(fā)展方面落后于其他先進國家，但是，近年來也在積極地推廣應用，“金太陽”示范工程便是對高校光伏與建筑一體化項目的支持。

3　高校光伏建筑一體化實際案例

3．1中國香港理工大學

中國香港第一個光伏項目是于1999年投資建造的，建造地點在香港理工大學校園內(nèi)。整個光伏系統(tǒng)被設(shè)計安裝在香港理工大學校園內(nèi)的邵逸夫樓，主要包括建筑的屋頂上以及建筑的立面上。

整個光伏系統(tǒng)使用了一百多塊的多晶硅光伏板，全部安裝在建筑的立面以及屋頂上。系統(tǒng)的裝機容量為8 kWp，西立面安裝了18塊光伏板，東立面安裝了20塊光伏板，南立面安裝了22塊光伏板，屋頂安裝了40塊光伏板。每個電池板的額定功率為175 Wp，短路電流為5．43 A，開路電壓44．6 V，最大功率電流4．95 A，最大功率電壓35．4 V，長1 622 mm，寬814 mm。

香港理工大學邵逸夫樓光伏系統(tǒng)有兩種發(fā)電方式——獨立發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電。建筑面積為250 m2的邵逸夫教學樓內(nèi)50%的室內(nèi)照明電量由建筑的屋頂和立面的40塊光伏板發(fā)出電量供給(見圖1)。

2007年，香港理工大學在其校園內(nèi)的李紹基樓的兩側(cè)安裝建造了光伏發(fā)電系統(tǒng)。李紹基樓主要是教室、辦公室和實驗室，使用并網(wǎng)發(fā)電的模式，裝機總量為22 kWp(見圖2)。

圖1　邵逸夫樓光伏應用情況

圖2　李紹基樓光伏應用情況

該系統(tǒng)將126塊光伏板分成了14組，每組9塊光伏板。每組串聯(lián)成1個光伏串，14組光伏串并聯(lián)成整個系統(tǒng)。

在逆變器的配置上，兩個光伏組串為一組，一組18塊，126塊光伏板正好設(shè)計了7個功率為3 kW的逆變器。

該光伏系統(tǒng)在設(shè)計初始就將建筑設(shè)計要求融入進去，因此將光伏系統(tǒng)設(shè)計成了兩個陣列，其中一個偏西，另外一個偏東。在傾斜角設(shè)計上，做15°的傾斜角，設(shè)計的目的是為了得到全年最佳發(fā)電量。

此項目是香港地區(qū)的先驅(qū)項目，良好的運行效果說明高校光伏與建筑一體化具有極高的推廣性，適合在高校建造。

3．2英國諾丁漢大學

英國諾丁漢大學是國外實現(xiàn)建造綠色校園的典范，全校區(qū)為了做到零排放，全部利用的是可再生的材料及能源，為我們樹立了一個好榜樣。在朱比利校區(qū)的光伏與建筑一體化項目也是整個校園中的耀眼之處。

該校為了滿足2 500多名師生的需求，學校建造了學生宿舍、教學樓、資源中心以及辦公樓等建筑，共計建筑面積達到41 000 m2。采用屋頂一體化的形式，在教育學院、計算機科學學院、管理學院等450 m2的屋頂上設(shè)計了256組模塊，共計22 528塊單晶硅方形光伏板。

屋頂?shù)墓夥O(shè)備沒有采用傳統(tǒng)的不透光光伏板，而是采用了具有透光能力的玻璃太陽能光伏組件，增加室內(nèi)的自然采光的同時，利用可再生能源進行發(fā)電供建筑自身使用(見圖3)。

3．3清華大學

清華大學作為國內(nèi)一流的高等學府，在校園的東區(qū)建造了一個集成世界80%先進節(jié)能技術(shù)的超低能耗示范樓。光伏應用主要集中在兩處:建筑的南立面以及建筑屋頂(見圖4)。

圖3　英國諾丁漢大學光伏應用情況

圖4　清華大學光伏應用情況

在建筑立面的雙層玻璃幕的外側(cè)，設(shè)計者設(shè)計了單晶硅光電玻璃。這種光電玻璃不影響室內(nèi)采光，具有透光性。但是由于設(shè)計的光電玻璃面積非常有限，只有30 m2左右，因此，光電玻璃發(fā)出的電是供給建筑的外遮陽系統(tǒng)使用，而不是用于室內(nèi)照明。這種將玻璃幕墻與玻璃光電板結(jié)合的方式，在目前來看還是比較先進的做法，具有功能性和實用性。

另外在建筑的屋頂上，裝配了全天自動實時追蹤太陽，滿足系統(tǒng)全天實時最佳發(fā)電量的拋物面碟式光熱發(fā)電裝置，峰值發(fā)電功率3 kW。

4　高校光伏建筑一體化的應用前景

本文僅舉例了國內(nèi)外幾個典型的高校光伏與建筑一體化項目，當然不限于此，從國內(nèi)外的示范實例我們可以看出，在高校參與建造光伏與建筑一體化項目已被社會認可，因其既定的必要性和獨特性使得高校光伏與建筑一體化項目有以下應用前景:

1)太陽能是綠色、清潔、安全的可再生能源，將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石能源，在未來具有很大的發(fā)展空間和上升潛力。

2)大量新建的大學城和教育產(chǎn)業(yè)基地，使得校園建筑的數(shù)量不斷增多。尤其是高校的開放性，使得在校園內(nèi)建造BIPV具有更好的社會宣傳作用。能使在校的師生在校園內(nèi)接受綠色建筑理念的熏陶，從實體上進行感染，社會效益突出。

3)大學的資源和資源消耗遠遠高于社會平均水平。在我國，全國大學生生均能耗是全國居民人均能耗的4倍，生均水耗是全國居民人均水耗的2倍，因此在高校建造BIPV，有利于節(jié)約能耗，低碳環(huán)保。

4)在《綠色校園評價標準》之中，對建設(shè)智慧型校園、綠色校園提出了一些要求。標準中指出利用可再生能源、因地制宜的建設(shè)高校，由此看來高校BIPV建設(shè)有利于建設(shè)節(jié)約型校園，有利于建設(shè)綠色校園。

5　結(jié)語

眾多的實際案例可以看出，在高校建造光伏與建筑一體化具有突出的社會、經(jīng)濟效益，應用前景良好，是值得推廣應用的新能源技術(shù)，對未來建設(shè)探索建立節(jié)能型大學校園具有一定的借鑒參考意義。

參考文獻:

［1］德奧·普拉薩德(Deo Prasad)，馬克·斯諾(Mard Snow)．太陽能光伏建筑設(shè)計［M］．上海:上?？茖W技術(shù)出版社，2013．

［2］楊洪興，周偉．太陽能光伏建筑一體化技術(shù)與應用［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004．

Application prospect of BIPV in university campus★

Ren NannanTao JinWang Yangyang
(College of City Construction，Jilin University of Building，Changchun 130000，China)

Abstract:With an introduces on the meaning of BIPV，combining with three universities BIPV cases at home and abroad，the paper describes the application status of BIPV，and analyzes its application prospect，which will be good for creating wise，green and energy-saving university campus environment．

Key words:Building Integrated Photovoltaic(BIPV)，green campus，solar energy，energy saving

作者簡介:任楠楠(1982-)，女，講師

收稿日期:2015-10-23★:吉林省教育廳“十二五”科學技術(shù)研究項目(項目編號:吉教科合字［2014］第594號，吉教科合字［2014］第595號)

文章編號:1009-6825(2016)01-0191-03

中圖分類號:TU201．5

文獻標識碼:A