太陽(yáng)能光伏建筑在居民住宅上的應(yīng)用

崔宸瑋 趙艷敏

（聊城大學(xué)建筑工程學(xué)院 山東聊城 252059）

1 前言

眾所周知，建筑的能耗非常巨大（發(fā)達(dá)國(guó)家全國(guó)總能耗的1/3以上都要用于建筑），解決建筑的能耗問題迫在眉睫，因此推廣太陽(yáng)能光伏建筑對(duì)建筑尤其是居民住宅上具有重要價(jià)值。

2 太陽(yáng)能光伏建筑的定義

太陽(yáng)能光伏建筑不同于懸掛式的太陽(yáng)能電池板，它是將太陽(yáng)能電池等產(chǎn)品集成到建筑上，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏設(shè)備與建筑本身的一體化。

根據(jù)太陽(yáng)能光伏設(shè)備與建筑結(jié)合的方式不同，太陽(yáng)能光伏建筑一體化可分為兩大類：

第一類是太陽(yáng)能光伏設(shè)備與建筑的結(jié)合。這種方式是單純將太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備結(jié)合在于建筑物上，以建筑物作為光伏方陣載體。

第二類是太陽(yáng)能光伏設(shè)備與建筑的集成。這種方式是將太陽(yáng)能光伏設(shè)備作為一種建筑材料的形式出現(xiàn)，讓光伏方陣成為建筑本身的一部分。

3 太陽(yáng)能光伏建筑的發(fā)展

自從太陽(yáng)能電池發(fā)明。世界各國(guó)都在不斷嘗試太陽(yáng)能光伏設(shè)備與建筑的一體化，也取得了不少成果。而中國(guó)也緊跟國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的步伐，積極吸收相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，正在逐步發(fā)展具有本國(guó)特色的太陽(yáng)能光伏建筑。例如上海虹橋交通樞紐，在建筑外墻和屋頂?shù)奈恢冒惭b了太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備，發(fā)電總量可到6.5MW，在為建筑提供了部分能源的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。北京市大興區(qū)在2003年建成了綜合利用新能源的生態(tài)建筑示范工程。2004年，當(dāng)時(shí)亞洲最大的太陽(yáng)能光伏電站在深圳落成，尤其是并網(wǎng)系統(tǒng)成熟，且光伏電站總?cè)萘靠蛇_(dá)1MW，年發(fā)電能力約為100萬(wàn)度，也實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)突破。北京南站中，主站的中央采光帶也采用了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，但系統(tǒng)發(fā)電量較小，僅能輔助解決車站的用電問題。

4 太陽(yáng)能光伏建筑的使用在居民住宅中的推廣價(jià)值

太陽(yáng)能光伏建筑一體化產(chǎn)生的是清潔能源，使用太陽(yáng)能發(fā)電，不會(huì)污染環(huán)境。太陽(yáng)能具有清潔免費(fèi)易得的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)利用過程中不會(huì)產(chǎn)生生態(tài)方面的副作用，是名副其實(shí)的綠色建筑。其次它又是一種可再生能源，幾乎取之不盡，用之不竭。而且太陽(yáng)能光伏設(shè)備對(duì)土地資源占用少，一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，這對(duì)于地價(jià)昂貴而又對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電需求大的大城市尤其重要，能大大降低成本。夏天是用電高峰的季節(jié)，也正好是日照最強(qiáng)、發(fā)電量最多的時(shí)期，兩者互補(bǔ)，正好對(duì)電網(wǎng)可以起到調(diào)節(jié)作用，減少電網(wǎng)壓力。太陽(yáng)能光伏建筑提供的能量可以用于住宅，尤其是用于公共區(qū)域，例如樓梯間和電梯等，無形中也減少了許多安全隱患，便于更好的應(yīng)對(duì)因電力中斷引發(fā)的緊急情況。而且太陽(yáng)能光伏建筑對(duì)蓄電池幾乎無要求（主要還是對(duì)電網(wǎng)的輔助調(diào)節(jié)作用），既節(jié)省投資，又不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以充分利用光伏系統(tǒng)所發(fā)出的電力，起到建筑節(jié)能作用。而且這種設(shè)備能將照射在建筑外墻無法利用的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，不僅能降低了室外溫度，還能減少墻體受熱，所以也可以起到建筑節(jié)能作用。

5 太陽(yáng)能光伏設(shè)備的有關(guān)要求

把光伏器件用做建材，必須具備相應(yīng)材料所需的建筑性能：承重、保溫、隔熱、防水防潮等。若是用于玻璃幕墻等透明建筑，則必須滿足透光度的要求（例如中國(guó)首個(gè)彩色透光薄膜組件應(yīng)用示范項(xiàng)目——天威薄膜光伏建筑一體化項(xiàng)目），就是說既可發(fā)電又可采光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡(jiǎn)便等因素。因此太陽(yáng)能光伏設(shè)備應(yīng)滿足如下要求：

5.1 對(duì)蓄電池要求

并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，對(duì)蓄電池幾乎無硬性要求，并且作為公共電網(wǎng)的輔助設(shè)備，在確定光伏方陣容量時(shí)，不用像獨(dú)立光伏發(fā)電設(shè)備一樣還需進(jìn)行嚴(yán)格的計(jì)算。一般家庭使用方陣容量為1～5kW光伏設(shè)備就足夠了。

5.2 對(duì)組件要求

與一般的平板式光伏組件不同，（BIPV）組件需要兼具兩方面的特性，在滿足發(fā)電要求的同時(shí)，更必須滿足建材性能的要求，如：保暖、防水、觀賞性等，還應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，避免施工和運(yùn)輸過程中的人為損壞等。根據(jù)建筑工程的需要，已經(jīng)生產(chǎn)出多種滿足建筑外墻、樓頂、玻璃幕墻等性能要求的太陽(yáng)電池組件。

5.3 對(duì)電池要求

在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中，光伏方陣要盡量朝向赤道傾斜安裝，與水平面之間的傾角要經(jīng)過嚴(yán)格的計(jì)算，以達(dá)到光伏方陣發(fā)電量的極大性和均衡性。而在并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中，只要考慮光伏方陣輸出的最大量即可。然而在實(shí)際應(yīng)用中，為了滿足設(shè)計(jì)師對(duì)于建筑物外形的需要，方陣可能無法滿足角度要求，這就需要光伏和建筑設(shè)計(jì)師共同協(xié)商解決。

5.4 逆變的要求

太陽(yáng)電池方陣所發(fā)出的是低壓直流電，而電網(wǎng)中電壓為交流電220V，而且對(duì)于電能質(zhì)量如有嚴(yán)格的要求。為了保證電網(wǎng)、光伏設(shè)備設(shè)備和避免人員傷亡，還必須配備并網(wǎng)檢測(cè)保護(hù)裝置。

6 太陽(yáng)能光伏建筑的面臨的主要問題及可能的解決辦法

雖然太陽(yáng)能光伏建筑一體化有高效、經(jīng)濟(jì)、清潔等諸多優(yōu)點(diǎn)，并已在許多工程上得以運(yùn)用，但光伏建筑還未應(yīng)用于居民住宅，成片使用該技術(shù)的居民社區(qū)并未出現(xiàn)。這是由于太陽(yáng)能光伏建筑一體化存有幾大問題

6.1 造價(jià)較高

太陽(yáng)能光伏建筑一體化建筑物造價(jià)較高。而且一體化設(shè)計(jì)建造的帶有光伏發(fā)電系統(tǒng)的建筑物造在技術(shù)上還有許多未解決的問題。

6.2 成本高

太陽(yáng)能發(fā)電的成本相比于傳統(tǒng)發(fā)電高，比起傳統(tǒng)發(fā)電方式成本高出一倍還多。

6.3 不穩(wěn)定

太陽(yáng)能光伏發(fā)電不穩(wěn)定，受天氣影響大，有波動(dòng)性。這是由于陽(yáng)光并不是一天24小時(shí)照射，因此如何解決太陽(yáng)能光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性也是亟待解決的問題。

6.4 維護(hù)問題

由于是安裝在居民住宅，難以避免一些人為破壞，而且與公共建筑和太陽(yáng)能發(fā)電站不同，由于分布較分散且涉及個(gè)人隱私問題，派專人看護(hù)也有一定難度。

6.5 其他

現(xiàn)在出現(xiàn)的薄膜式、可粘貼式太陽(yáng)能電池又存在發(fā)電量小，電壓低，壽命短，無法接入電網(wǎng)等，在居民建筑中戰(zhàn)略價(jià)值較小。

7 結(jié)束語(yǔ)

太陽(yáng)能光伏建筑的在建筑尤其是居民住宅上的應(yīng)用有著較高的推廣價(jià)值，對(duì)進(jìn)一步建設(shè)生態(tài)社會(huì)也有著巨大的戰(zhàn)略價(jià)值。而且在經(jīng)過論證后確實(shí)具有一定可行性，可以預(yù)見，今后隨著技術(shù)問題的解決，太陽(yáng)能光伏建筑會(huì)越來越普及，具有非常廣闊的前景。

[1]《太陽(yáng)能光伏與建筑一體化應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（DGJ32J8720091）.

[2]王斯成.我國(guó)光伏發(fā)電有關(guān)問題研究.中國(guó)能源，2007（2）：7～11.