項若軒

（中國水電工程顧問集團(tuán)有限公司，北京100101）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們在生產(chǎn)和生活中對能源的需求量日趨增加。目前，國內(nèi)能源提供主要以化石能源為主，化石能源為不可再生能源，面臨著資源日益減少趨于枯竭的問題；而且大量化石能源的使用也嚴(yán)重污染了人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境[1]。如何保證經(jīng)濟(jì)建設(shè)中能源的持續(xù)供應(yīng)的同時又滿足社會各界對綠色生態(tài)環(huán)境的要求，是擺在相關(guān)部門面前的一大難題。這道題的答案就是可再生能源，其中，以太陽能為能源的光伏發(fā)電技術(shù)憑借其可持續(xù)、清潔、環(huán)保、安全的特點(diǎn)，在綠色建筑中得到了廣泛應(yīng)用。

2 光伏發(fā)電的相關(guān)內(nèi)容

2.1 光伏發(fā)電的基本原理

光伏發(fā)電的基本原理是光生伏特效應(yīng)，光伏電池在這一過程中發(fā)揮著能量轉(zhuǎn)化作用。在太陽光照射到光伏電池時，光能會被電池吸收，在電池內(nèi)形成光生電子，光生電子會和空氣發(fā)生隔離反應(yīng)，這樣產(chǎn)生的電荷在長期的積累過程中匯聚形成光生電壓，即光生伏特效應(yīng)。在電場的作用下，光伏電池在接入負(fù)載后，光生電子會流出，電能被輸出和利用，從而實(shí)現(xiàn)從太陽能到電能的轉(zhuǎn)化。

2.2 光伏發(fā)電與建筑一體化概述

光伏發(fā)電和建筑一體化是指將光伏發(fā)電應(yīng)用到建筑行業(yè)的發(fā)展中構(gòu)成一體化的建筑系統(tǒng)。光伏建筑一體化的實(shí)施方式主要分為2種：（1）光伏系統(tǒng)與建筑的結(jié)合，光伏系統(tǒng)設(shè)置在建筑中，可先有建筑后建光伏，也可二者同時建設(shè)；（2）光伏系統(tǒng)與建筑的集成，光伏電池及相關(guān)材料作為建筑物的構(gòu)件存在，在實(shí)施過程中光伏工程需要和建筑工程建設(shè)共同進(jìn)行。

3 光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

3.1 光伏幕墻技術(shù)的應(yīng)用

光伏幕墻是現(xiàn)在光伏發(fā)電和建筑一體化中使用較為廣泛的一種技術(shù)，光伏幕墻技術(shù)主要指的是在玻璃幕墻內(nèi)部應(yīng)用雙玻璃光伏組件替代普通材料，這樣光伏幕墻會兼具光伏發(fā)電以及隔音、隔熱、安全等功能。在光伏玻璃幕墻技術(shù)的應(yīng)用過程中，除了可實(shí)現(xiàn)充分利用太陽能發(fā)電的目標(biāo)，還可以實(shí)現(xiàn)綠色建筑指標(biāo)控制的目的，可在相關(guān)工程中加大光伏幕墻技術(shù)的應(yīng)用力度，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

3.2 光伏采光技術(shù)的應(yīng)用

頂部采光技術(shù)是建筑工程常用的節(jié)能措施之一，白天通過自然采光代替建筑內(nèi)部分照明，起到節(jié)能降耗的效果。由于太陽光線直射屋頂，因此，在建筑頂部安裝的光伏電池板相對于玻璃幕墻可接收到更多的輻射能量，利用小時數(shù)更多，發(fā)電量更優(yōu)。在頂部采光設(shè)計加入光伏技術(shù)有2種模式：（1）與光伏幕墻技術(shù)類似，采用雙玻璃組件可同時滿足采光與發(fā)電的要求；（2）采用透明材料與常規(guī)光伏組件混布的方式，常規(guī)組件可按規(guī)則排列，也可按圖案（企業(yè)名稱、LOGO等）排列，該方式可減少太陽光帶來的熱輻射，多用于炎熱地區(qū)[2]。光伏采光頂?shù)膽?yīng)用，有利于減少太陽對建筑物的輻射，提高受光率，推動綠色建筑建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

4 光伏技術(shù)在建筑中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 應(yīng)用背景

某商業(yè)辦公樓屬于新建公共建筑，且被申報成綠色建筑二星級的設(shè)計標(biāo)識，該商業(yè)辦公樓的建筑用電面積是17 000m2，地上建筑面積是860 000m2，共4棟高層商業(yè)辦公樓，1層和2層的設(shè)計功能為商鋪，3層及以上設(shè)計的是辦公樓。該項目需要在實(shí)施中引用一種及以上綠色可再生能源，才能滿足綠色建筑及節(jié)能方面相關(guān)要求和規(guī)定。根據(jù)工程建設(shè)條件及功能需求，本工程制定了光伏建筑一體化、空氣源熱泵等多個方案，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、施工難度等的方面的比選后，最終選擇光伏建筑一體化方案。

4.2 光伏發(fā)電設(shè)計流程

4.2.1 負(fù)荷分析及安裝容量

相關(guān)人員通過分析該項目的實(shí)際情況，最終將本工程光伏發(fā)電系統(tǒng)的對應(yīng)負(fù)荷確定為長期負(fù)荷和短時負(fù)荷2種：長期負(fù)荷為安全通道、步行樓梯、地下室等公共場所照明設(shè)施，該類負(fù)荷長期穩(wěn)定；短時負(fù)荷為各商戶或辦公室照明設(shè)施，負(fù)荷隨工作時間變化。

根據(jù)負(fù)荷變化情況，結(jié)合當(dāng)?shù)氐妮椪账郊吧虡I(yè)樓總體規(guī)劃方案，設(shè)計人員確定最終的安裝容量，力求節(jié)能效益、經(jīng)濟(jì)效益的最大化。從圖1可知，除早晨部分時段，其他時段的發(fā)電量均可完全消耗，使用率較高。

4.2.2 光伏系統(tǒng)規(guī)劃

該棟商業(yè)辦公樓1層為商戶的大門，2層為廣告牌預(yù)留空間，3層和4層為玻璃幕墻，屋頂位置有多處挑空。利用南側(cè)的玻璃幕墻并在屋頂安裝光伏組件，既可以滿足建筑物功能要求，又保證了光伏發(fā)電的效率。根據(jù)容量規(guī)劃及安裝位置大小，確定最終的光伏組件選型，合理規(guī)劃逆變器容量及安裝位置，使其就近接入對應(yīng)負(fù)荷，可減少電纜敷設(shè)的投資，又能減少電能傳輸?shù)膿p耗，一舉兩得[3]。

4.2.3 節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析

該地區(qū)年利用小時約為1100h，考慮到平鋪布置、垂直布置、揚(yáng)塵、陰雨等因素的影響，該商業(yè)辦公樓光伏系統(tǒng)利用小時數(shù)暫定為950h，商業(yè)用電按照1.2元/（kW·h）計算，當(dāng)光伏安裝容量為100kWp時，該系統(tǒng)各項指標(biāo)詳見表1。

圖1 光伏發(fā)電曲線與負(fù)荷曲線對比圖

表1 光伏發(fā)電系統(tǒng)各指標(biāo)表

由表1可知，合理的利用光伏建筑一體化技術(shù)，不僅能給企業(yè)帶來不錯的經(jīng)濟(jì)效益；還能有效地減少CO2的排放，降低化石能源的使用量，節(jié)能效果顯著。

5 結(jié)語

綜上所述，在社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展中，大量化石能源的使用使生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重的污染。由于太陽能具有可持續(xù)性、清潔性、環(huán)保性的特點(diǎn)，光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)已經(jīng)得到了大量的應(yīng)用。隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，光伏發(fā)電配套技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電與建筑一體化技術(shù)將在綠色節(jié)能建筑工程扮演更為重要的角色，為建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有利的保障。