太阳能光伏发电系统在建筑中的应用

赵正黎

摘要：在全球环境污染日益严重和能源消耗日趋紧张的今天，传统能源与经济、环境的矛盾越来越突出，能源一直是现代社会发展的源动力，但由于其自身的有限性和分布不均匀，能源发展问题俨然成为阻碍社会甚至整个人类发展的一座大山。在当今社会，“节能减排”已然成了社会公民耳熟能详的一句行动标语，太阳能作为一种新型的天然可再生能源，与传统能源相较，以其可持续发展、无污染、总量大分布广阔等颇多优点在全球能源转型升级的大环境下，越来越受人们的青睐。

关键词：太阳能技术;建筑节能;热水;制冷

一、太阳能光伏发电系统的工作原理

1.1太阳能电池组件

太阳能电池组件是为系统提供电能的元件。它无需通过热过程直接将太阳能转换成电能，输出直流电。它由半导体材料制成，利用半导体材料的光生电压效应，把太阳能转换成为电能。

1.2蓄电池

蓄电池是系统中的储能元件，在夜间或阴雨天保证向负载供电。有太阳时将太阳电池组件输出的电能储存起来，晚上或阴雨天将电能输出到负载。蓄电池是一种化学电池，它能将电能用化学反应的方式转化为化学能储存起来，又将化学能转化为电能释放出来。这种转化可以重复进行。

1.3控制器

控制器是系统中最重要的设备。它对系统的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载，另一方面把多余的能量送往电池组件储存。当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器自动控制蓄电池不被过充电。当蓄电池所存储的电能快放完时，控制器自动控制蓄电池不被过放电，以保护蓄电池。控制器的性能好坏，对蓄电池的使用寿命影响很大，并最终影响系统的可靠性。

1.4逆变器

逆变器是系统中的电源转换装置。由于太阳电池发出的是直流电，而一般的负载是交流负载，必须将直流电转换为交流电才能满足需要。逆变器将直流电转换成220V、50Hz交流电或其他类型的交流电，供给交流电用电设备，最大限度地满足移动供电场所或无电地区用户对交流电源的需要。

二、太阳能光伏发电系统在建筑中应用的优势与不足

2.1优势

（1）环保性，清洁性。太阳能直接把光能转换为热能、电能，为物理方式进行运作，与传统能源的方式相比较，能源利用过程中不存在化学反应，即太阳能在使用过程中，不会产生二氧化碳、硫化物等有害物质。（2）较高的安全性。光伏发电相较于传统火力发电更安全，其并网的电压一般稳定在220V以下。（3）寿命较长，可靠性高。太阳能光伏发电系统充分利用建筑物的屋顶铺设太阳能光伏发电板、制热装备组成分布式的能源供应系统，一旦灾害发生时，部分区域受到破坏时，不会影响其他区域，能够最大限度地保障社会各种生产、生活活动的运行。（4）资源充足，潜在经济性高。我国太阳能资源较为丰富，近几年光伏发电也发展的较为迅

速，光伏市場已步入由边远农村向井网发电和与建筑结合供电的发展路程，光伏发电已逐渐由补充能源走向替代能源，且未来还有巨大的市场潜力。

2.2不足

（1）造价及发电成本高。目前为止，光伏发电的成本仍然是其他常规发电方式（如火力和水力发电）的几倍，这是制约其广泛应用的最主要因素。（2）受气候环境影响较大。地理位置不同、气候不同，使各地区日照资源相差很大。光伏发电系统只有应用在太阳能资源丰富的地区，其效果才会好。

三、太阳能光伏发电系统在建筑上的应用形式

3.1太阳能热水技术和发电技术

太阳能光热技术在建筑节能中应用最为广泛的是太阳能热水技术及被动的太阳能采暖技术，太阳能光伏发电系统的运行方式主要分为离网运行和并网运行两大类，而光伏发电系统在与建筑物相结合时一般采用并网发电的方式，它是太阳能光伏发电进入商业化发电阶段的必然结果，也是电力工业组成部分之一的重要方向，是现今世界太阳能光伏发主流趋势。与传统供电方式相比这种方式具有很显著的优势。第一，因光伏电池可原地发电，它节省了送电站的成本，而联网系统的电池一般安置在建筑物的空闲地，无需占用其他用地和设施;第二，这种方式可以和传统电路并联，使得光伏发的电可以输入电网，在日照不足的时候传统电网可以向室内输电，极大地增大了光伏发电系统的使用性。

3.2光伏建筑一体化

光伏建筑一体化是将光伏发电系统安装在现有的建筑物上，或者把光伏发电系统与建筑物同时设计、安装、施工，这既满足了光伏发电最主要的功能，同时又与建筑外部结合，提升了建筑物的审美感。简单来说就是将太阳能光伏发电系统安装在建筑的维护结构外表面来提供电力，这种方式运行时主要是运用光伏发电系统通过光伏组件用于建筑屋顶或墙面来获取电能的一种获电方式，光伏系统在运行时，安装在建筑物上的光伏组件则会产生直流电源，电源通过接线盒与逆变器相连，直接将直流电转换成交流电，给建筑物负载供电或给建筑物以外的其他负荷供电，光伏建筑一体化的核心是一体化的设计、制造、安装，而其辅助技术则包括了高质量、高环保、低能耗、低成本的建筑材料技术。这种发电方式其实早在30年前就已经提出来了，在当下也得到了较为普遍的运用。光伏建筑在不久的将来会成为房建筑业发展的一片新天地，它给予了建筑行业无法比拟的优势，它将传统建筑的构造技术与现代光伏工程技术的理念相融合。

四、太阳能光伏建筑的发展方向

4.1太阳能与建筑一体化的发展

进一步推进太阳能与建筑一体化发展，促进国民经济的可持续发展则需要包括生产商、开发商、建筑单位在内的各个参与者进行团结紧密的合作，各自发挥自己的独特优势，太阳能生厂商要不断提高自身的创新能力，而房地产开发商要将眼光放在筹建更多太阳能设备点上，采用技术过硬的施工团队进行施工保证太阳能设备的安装质量，在建筑设计单位方面，建筑设计要采用适用于太阳能设备部件的设计方案，从而符合太阳能与建筑相结合的要求，进而从整体上提高建筑的审美能力。

4.2提升光伏发电水平

拥有先进的太阳能光伏发电水平，并赶超国际先进水平一直是我国太阳能建筑应用领域的主要发展方向和发展目，20世纪90年代以来，国外发达国家不断掀起一阵阵发展并网太阳能光伏发电系统的高潮，可以说发达国家近几年在太阳能光伏发电系统的研究上做出了不懈的努力，尤其是德国和美国，纷纷制定了一系列光伏发电规模应用计划，力求在光伏发电领域有所跨越，而在亚洲中日本在这一方面也取得了鲜明的成就，每年新建在楼顶上的太阳能发电系统令人瞩目。可见，中国要实现这一愿景还有一段漫长的路要走。

五、结语

综上，太阳能光伏发电技术在建筑节能中的应用前景广阔。由于太阳能自身的优势，以及国家对节能环保的提倡，相信在不久的将来，建筑业会充分利用太阳能光伏技术，使太阳能与建筑成为有机的整体，面向一体化建筑，实现节能效果。

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