用光伏幕墻改變城市

劉琛

摘 ? ?要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)人們對能源需求的增多。能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、提高人民生活質(zhì)量的重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著人類社會的不斷發(fā)展，人們對能源的需求不斷增加，導(dǎo)致人類面臨著能源緊缺、環(huán)境惡化、生態(tài)破壞、溫室效應(yīng)等一系列的嚴(yán)峻問題。為適應(yīng)人類可持續(xù)發(fā)展，世界各國大力開發(fā)可再生能源，力圖擺脫依賴常規(guī)能源的現(xiàn)狀。作為當(dāng)前最理想的可再生能源，太陽能因其在任何有太陽存在的地方都可以使用而備受人們關(guān)注，同時它還具有取之不盡、用之不竭以及安全環(huán)保等優(yōu)點，是今后代替不可再生能源發(fā)展的戰(zhàn)略性領(lǐng)域。光伏幕墻正是利用太陽能與現(xiàn)代建筑的完美結(jié)合。它是將太陽能光伏發(fā)電組件安裝在建筑物的維護(hù)結(jié)構(gòu)外表面來獲得電力的一種新型的建筑能源。它在為建筑提供綠色電力的同時，還具有遮陽和隔熱的功能。除此之外，由于其造價低、調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷和代替某些建材等多種功能，而逐漸步入商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域并逐步發(fā)展成為基本電源之一的重要方式。本文就用光伏幕墻改變城市展開探討。

關(guān)鍵詞：光伏幕墻;太陽能;建筑

1 ?引言

太陽能光伏幕墻顛覆了我們對于玻璃、墻面、建筑乃至城市的認(rèn)知與想象。在過去，擁有著悠久歷史的玻璃建材，僅僅只是建筑的一個組成部分。太陽能光伏幕墻創(chuàng)造性地將先進(jìn)的薄膜太陽能技術(shù)“植入”，讓普通玻璃變身“發(fā)電體”，顛覆了人們對傳統(tǒng)玻璃的想象。其次，太陽能光伏幕墻作為一種高科技的新型綠色建材，可以和建筑的墻面結(jié)合在一起，成為會發(fā)電的墻，這顛覆了我們對于墻的想象。太陽能光伏幕墻讓每一棟建筑，不僅節(jié)能，還主動創(chuàng)造能源，成為綠色發(fā)電站，顛覆了對于建筑的想象。太陽能光伏幕墻讓成千上萬座建筑成為綠色、甚至成為凈零能耗建筑，由此可以誕生出了一個相互連接、電力能源自我依賴的城市，實現(xiàn)真正的生態(tài)城市，顛覆了對于城市的想象。

2 ?光伏幕墻的優(yōu)點和分類

光伏幕墻是光伏建筑一體化應(yīng)用的一種新形式，即在傳統(tǒng)幕墻的基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合太陽能電池光伏組件，根據(jù)光伏發(fā)電原理，將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏幕墻把太陽能納入到現(xiàn)代建筑的總體設(shè)計中，相互間有機(jī)完美地結(jié)合，進(jìn)而形成了集建筑、技術(shù)和美學(xué)于一體的新型建筑。光伏幕墻賦予了建筑物新的功能、新的屬性，它使得建筑物能夠給人居住的同時還提供了能源，是未來太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與建筑節(jié)能發(fā)展的主流方向。太陽能光伏幕墻直接將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，是一種適用范圍廣、不需要燃料就能獲取電能的新型技術(shù)，也是所有利用太陽能的方式中最重要、最理想、最具應(yīng)用前景的技術(shù)之一。它具有以下優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易，同時能有效利用建筑外表面，比如屋頂和墻面，而無需另外占用土地來架構(gòu)其他設(shè)備，大大節(jié)省了土地資源;②不需要架設(shè)長距離輸送電力的設(shè)備，原地發(fā)電原地使用，避免了因傳輸過程帶來的線路損耗;③夏天能有效降低墻面和屋頂過高的溫度從而改善了室內(nèi)環(huán)境，同時也解決了電網(wǎng)峰谷供需矛盾;④太陽能光伏幕墻是最理想的清潔能源，在使用過程中不會產(chǎn)生任何廢棄物以及噪音等對環(huán)境有害的影響。一般來說，光伏幕墻大體上可分為兩類：獨立安裝型和建材安裝型。獨立安裝型，是指通過特殊的組件把太陽電池板與周圍的幕墻結(jié)構(gòu)連為一體，從而創(chuàng)造出獨特的建筑美學(xué)效果。同時，它的成本較低、價格較便宜。建材安裝型，則要求把太陽能組件直接融和在特殊的建筑材料內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)，制成譬如幕墻、外墻單元等建材的形式。建材安裝型較獨立安裝型的技術(shù)要求更高。

3 ?豎向節(jié)能光伏幕墻一體化系統(tǒng)簡介

（1）設(shè)計原則。豎向節(jié)能光伏幕墻一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。①系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及涉及到的電氣上的安全性以及光伏元器件的性能指標(biāo)等，主要包括材料的選擇、荷載計算、耐候性分析、防雷、走線以及逆變器的選型等。②光伏幕墻與建筑是否匹配，外觀是否協(xié)調(diào)一致，同時需進(jìn)一步了解建筑物方位、建筑所在地全年日照數(shù)據(jù)等。③系統(tǒng)的使用能有效降低建筑能耗，但是有可能增加對流換熱，所以通風(fēng)以及中央空調(diào)等的計算設(shè)計需要與系統(tǒng)切合。（2）運行方式。光伏建筑一體化運行方式一般分為獨立運行和并網(wǎng)運行。并網(wǎng)運行是指太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接人公共電網(wǎng)，與大電網(wǎng)互為支撐伙獨立運行與并網(wǎng)運行組成主體相似，均需要太陽能電池板、控制器和逆變器三大部分，但獨立運行未與公共電網(wǎng)相連接，輸出功率提供給本地負(fù)載，結(jié)構(gòu)相對簡單，豎向節(jié)能光伏幕墻一體化系統(tǒng)采用獨立運行方式。（3）系統(tǒng)原理。豎向光伏幕墻一體化系統(tǒng)是將豎向裝飾玻璃幕墻與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，其基本原理如下：豎向裝飾玻璃幕墻選用透光率較高的超白鋼化夾膠玻璃，將太陽能光伏電池板與夾膠玻璃技術(shù)相結(jié)合，把光伏電池板放置在兩片超白玻璃中間，使用專用配線串聯(lián)而成，每塊夾膠玻璃中均設(shè)置兩塊光伏電池板，便于收集更多的太陽能，各光伏電池板的配線連接在一起，將轉(zhuǎn)化后的電能輸人充放電控制設(shè)備中，充放電控制設(shè)備根據(jù)需要，將部分電能直接存人蓄電池待用，另一部分通過逆變器轉(zhuǎn)化為交流電，供應(yīng)給交流負(fù)載使用，最后一部分通過充放電設(shè)備后直接傳輸給直流負(fù)載;根據(jù)設(shè)計設(shè)置相應(yīng)的配電室，充放電控制設(shè)備、逆變器和蓄電池等系統(tǒng)元件均放置在配電室內(nèi)。

4 ?光伏建筑一體化系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

光伏建筑一體化系統(tǒng)中并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有光伏組件、逆變器、控制器和工頻變壓器四個部分。光伏電池產(chǎn)生的電能先由逆變器轉(zhuǎn)變成與電網(wǎng)相同的正弦交流電流，經(jīng)過工頻變壓器再并入電網(wǎng)。控制器主要獲取電能轉(zhuǎn)換過程中的所有檢測信號，并控制逆變器轉(zhuǎn)換出電流的頻率、相位及電壓等參數(shù)，必須滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓、頻率和相位參數(shù)與電網(wǎng)相同。光伏發(fā)電的并網(wǎng)供電必須要確保其供電質(zhì)量和并網(wǎng)監(jiān)控保護(hù)措施。目前許多國家對光伏發(fā)電并網(wǎng)出臺了相關(guān)政策，采取了相應(yīng)的措施，頒布了相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，實現(xiàn)了光伏發(fā)電與公共電網(wǎng)的安全可靠連接。

5 ?我國光伏幕墻的市場前景

目前，我國大約有500億m2的建筑面積，屋頂面積約達(dá)50億m2，算上南立面約有60億m2的面積可利用。假如將20%的面積都安裝上太陽能電池，則可以裝120GWp。據(jù)權(quán)威部門預(yù)測，到2020年全世界光伏發(fā)電量將占總發(fā)電量5%。20世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，我國光伏幕墻已擴(kuò)展到通信、交通、氣象、國防等經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個領(lǐng)域，并以平均每年用量約30%的速度增長。市場需求量以平均大約70%的速度發(fā)展。隨著我國光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，能力不斷增強(qiáng)，成本隨之降低，光伏幕墻的質(zhì)量、規(guī)模都將會得到大大的提升。預(yù)計本世紀(jì)前30年，平均年裝機(jī)約100MWp，累計裝機(jī)容量約達(dá)2000MWp。由此可見，市場前景非常廣闊。

6 ?結(jié)語

隨著清潔能源的推廣和應(yīng)用在全球達(dá)成共識，中國也非常重視清潔能源的應(yīng)用和發(fā)展，生態(tài)文明被寫入憲法，“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”“綠水青山”的理念已深入人心，出臺的各項政策也取得很好成績。太陽能不僅可以在屋頂上應(yīng)用，還完全可以在墻面上大面積應(yīng)用來大幅提升清潔電力的利用水平。

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