趙德強

摘 要：太陽能光伏技術(shù)在國際范圍內(nèi)得到高度重視，光伏技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)進入到國計民生的各個領(lǐng)域，其中光伏建筑是光伏技術(shù)應(yīng)用的一個重要方面。光伏建筑一體化發(fā)電系統(tǒng)，投資小、建設(shè)快，隨著技術(shù)不斷進步以及設(shè)備原材料價格降低，光伏建筑將是未來并網(wǎng)發(fā)電的主流。光伏建筑一體化的建設(shè)實踐證明，光伏不是建筑的飾物，而是通過與建筑的完美結(jié)合，新生出集安全性、功能性于一體的現(xiàn)代化可再生能源綜合體，將建筑物從能源消耗者變成能源提供者。該文擬從實踐和技術(shù)角度，談一談關(guān)于光伏建筑發(fā)電量提升的一些粗淺思考。

關(guān)鍵詞：光伏建筑 發(fā)電量 提升

中圖分類號：TU74 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0042-02

光伏建筑能否真正得到應(yīng)用和推廣，發(fā)電量既是核心指標(biāo)，又是分水嶺。一方面，準(zhǔn)確預(yù)測光伏建筑的發(fā)電量，對于光伏建筑立項、規(guī)劃和建設(shè)有著極為重要的指導(dǎo)意義；另一方面，持續(xù)穩(wěn)定較高的發(fā)電量，對于項目持有人也是較好的經(jīng)濟回報。因此，怎樣有效提升光伏建筑的發(fā)電量，是擺在所有技術(shù)人員面前的現(xiàn)實課題。換言之，不能有效解決發(fā)電量提升問題，光伏建筑就只能停留在科研及示范工程階段。

1 問題的特殊性

建筑物是較好的光伏技術(shù)應(yīng)用載體，簡單說，在建筑物外體加裝光伏組件就可以將建筑物從能源消耗者變成能源提供者，建成城市可再生能源站。但是，光伏建筑不同于地面電站，也不同于一般的工商業(yè)屋頂，其復(fù)雜性體現(xiàn)在：第一，光伏建筑的美學(xué)要求較高，如何處理建筑物審美的社會需求與光伏建筑發(fā)電量高低之間的關(guān)系；第二，光伏建筑發(fā)電量受建筑本體限制較大，如何解決在有限空間、確定朝向的條件下，發(fā)電量最大化的問題；第三，光伏建筑的裝機規(guī)模一般較小，體量較小，供能不足，很大程度上嚴重制約了項目持有人對發(fā)電量提升的主觀意愿。

2 光伏建筑發(fā)電量提升的技術(shù)切入點

隨著太陽能光伏電站設(shè)備成本的降低與技術(shù)日趨成熟，光伏建筑發(fā)電效能的經(jīng)濟性已經(jīng)基本可以滿足自發(fā)自用的實際需求。在此基礎(chǔ)上，進一步促進發(fā)電量提升，必將產(chǎn)生更有意義的現(xiàn)實價值。

2.1 采光與發(fā)電量

光伏建筑不同于地面電站，也不同于一般的工商業(yè)屋頂。常規(guī)地面電站有相對寬松的建站空間；工商業(yè)屋頂光伏電站的建設(shè)，常規(guī)是在已建成的建筑物屋頂。光伏建筑，是在建筑物建設(shè)規(guī)劃期，就要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)與建筑物的融合問題。

基于這一特性，在建筑物外表面架設(shè)光伏組件，如光伏屋頂、光伏幕墻等，建筑物的采光性設(shè)計與光伏電站設(shè)計需同步進行，統(tǒng)籌考慮。光伏組件是一種新型高科技玻璃，外片玻璃多采用超白玻，它起到減少光污染，增加光吸收的作用。

建筑物采光是建筑師不可回避的重要問題。屋頂及外立面架設(shè)玻璃材質(zhì)的光伏組件，集遮風(fēng)擋雨、保暖發(fā)電等功能于一體。非晶硅薄膜電池本身是可以透光的，透光率為1%～30%，通過激光打點技術(shù)去掉一些P-N結(jié)，犧牲一定的發(fā)電性能來換取建筑屋頂?shù)耐腹庑浴Ｌ岣?0%透光率，相應(yīng)的電池效率降低約20%，這種比例呈線性相關(guān)。超過30%的透光率，則玻璃電池片的發(fā)電效果將趨于忽略值。

選取采光率與發(fā)電量的平衡值，是光伏建筑需要解決的首要問題。

2.2 方位與發(fā)電量

光伏建筑的光伏系統(tǒng)，在設(shè)計環(huán)節(jié)需充分考慮傾角、位置和間距問題。光伏組件支架有固定和追光兩種方式。一般情況下，光伏建筑的光伏組件會采用固定安裝方式?，F(xiàn)階段，較多光伏建筑舍棄追光系統(tǒng)，很大程度是經(jīng)濟成本的考慮，并非技術(shù)制約。

光伏系統(tǒng)與建筑物結(jié)合，在建筑結(jié)構(gòu)外表面安裝架設(shè)光伏組件提供電力。光伏組件的方位劃分為屋頂、遮陽系統(tǒng)、幕墻三類，設(shè)計者可以正六面體建模估算。參數(shù)一般取值：頂部取0.9～1，正南取0.7，東西側(cè)取0.5。

光伏建筑所在區(qū)域的氣象資料，如太陽能總輻射量、年均氣溫、年度連續(xù)陰雨天數(shù)、霧霾程度，特殊天氣如風(fēng)暴、雷電、降雪量等。

2.3 審美與發(fā)電量

光伏建筑的審美需求是不可回避的社會人文因素。這一因素，很大程度會影響技術(shù)人員的價值判斷。現(xiàn)階段，暫無法有效調(diào)和傳統(tǒng)審美與發(fā)電量之間的關(guān)系，背光面、遮擋區(qū)客觀上不具備較好的發(fā)電條件。背光及遮擋區(qū)域，在分布式系統(tǒng)設(shè)計中，技術(shù)人員會首先考慮并回避，但在光伏建筑方面，建筑物朝向很難完美切合對稱性要求，很大程度要犧牲發(fā)電量，這是目前不得不面對的事實。

局部遮擋，不僅影響光伏組件的輸出，也會影響光伏組串的輸出。局部遮擋對電壓電流均有影響。長期多次出現(xiàn)反沖，電池也會受到損壞，影響使用壽命，直接影響預(yù)期發(fā)電量。所以，光伏建筑項目也需要進行遮擋分析，長期處于遮擋狀態(tài)下的建筑，目前還不適合設(shè)計光伏系統(tǒng)。

2.4 設(shè)備選型與發(fā)電量

參照并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)效率計算公式，系統(tǒng)總效率=光伏陣列效率+逆變器轉(zhuǎn)換效率+交流并網(wǎng)效率。這一公式在光伏建筑設(shè)備選型中也有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

常規(guī)光伏建筑裝機容量一般小于1MWp。光伏建筑由建筑本體和光伏系統(tǒng)構(gòu)成，光伏系統(tǒng)包括光伏組件、匯流箱、逆變器（微型）、變壓器等。在影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率的因素中，太陽輻射、溫度、組件、線纜、逆變器等因素，均會一定程度影響輸出。所以光伏系統(tǒng)的PR值會在不同的時間段內(nèi)出現(xiàn)差異。要提升發(fā)電量，設(shè)備性能一定要可靠，盡可能使用同一批次組件，具體設(shè)計時，還需要考慮不同氣候條件下設(shè)備性能最大化的問題。理論研究與現(xiàn)場數(shù)據(jù)也證明，不能僅僅抓住電站PR值一個指標(biāo)，既要綜合考慮其他參數(shù)，又要在技術(shù)上分析PR值的參數(shù)取值范圍。

光伏建筑的組件選型可以充分利用柔性組件、雙玻組件，以此應(yīng)對建筑屋面結(jié)構(gòu)多樣性帶來的挑戰(zhàn)。建筑物外表面的多樣性的基本事實一定程度上限制傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸及平板光伏組件的應(yīng)用，但柔性技術(shù)、半片技術(shù)、膜技術(shù)以及雙玻技術(shù)等組件技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，極大地提高了組件的空間結(jié)構(gòu)適應(yīng)性。與此同時，新的應(yīng)用場景也得以開發(fā)，如光伏百葉窗、光伏陽臺護欄等，新材料新技術(shù)與新應(yīng)用場景的開發(fā)，是提高光伏建筑發(fā)電量的另一途徑。

2.5 運維與發(fā)電量

定期清洗、定期檢修，做年度檢查。光伏建筑不同于大型地面電站，定期清洗，既是建筑物審美的需求，也是提升發(fā)電量簡單直觀的方法。在玻璃幕墻、遮陽棚、光伏屋頂配套加裝自揚水清潔系統(tǒng)，或者配套清潔機器人，也將成為光伏建筑的發(fā)電量提升的配套設(shè)施。

太陽能資源總體并不均勻，這既體現(xiàn)在全年并不平均，也體現(xiàn)在一天之內(nèi)并非均勻值。挖掘現(xiàn)有光伏建筑的發(fā)電潛力、改善運行狀況、提升發(fā)電量，引入儲能設(shè)施是較好的思路之一，既要關(guān)注發(fā)了多少電，也要關(guān)注用了多少清潔能源。

3 結(jié)語

有資料表明，我國建筑能耗占總能耗約30%，利用太陽能發(fā)電技術(shù)，推廣光伏建筑是節(jié)能建筑發(fā)展的必然趨勢。伴隨光伏建筑應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟，提高能源利用效率，有效開發(fā)清潔能源，已經(jīng)成為社會的廣泛共識。圍繞光伏建筑特性，立足光伏發(fā)電技術(shù)，一方面，從設(shè)計端入手，探討發(fā)電量提升的方法；另一方面，從應(yīng)用端入手，探討發(fā)電量提升的方法。著力解決影響發(fā)電量提升的技術(shù)瓶頸問題，使得光伏建筑得到更加廣闊的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 姜仁，蔣旭二，趙西安，等.采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程（JGJ 255-2012）[J].建設(shè)科技，2016（7）：93-95.

[2] 盧曉娟.關(guān)于《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ 113-2009建筑玻璃防人體沖擊規(guī)定的解讀[J].建筑安全，2013，28（1）：7-9.

[3] 羅多，班廣生.光伏建筑設(shè)計與實踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.