王婷婷 李海平

摘? 要：隨著我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念的提出，人們對(duì)綠色經(jīng)濟(jì)的重視越來越高，一方面綠色經(jīng)濟(jì)能夠降低成本，提高利潤(rùn)，另一方面能夠保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境。建筑行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要領(lǐng)域，為了能夠促進(jìn)建筑行業(yè)的高效發(fā)展，通過光伏發(fā)電技術(shù)，能夠減少不可再生能源的投入，增加能源的循環(huán)利用率，因此這符合我國(guó)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念，是建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;綠色建筑;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM615? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2020）03-0000-00

改革開放以來，我國(guó)建筑行業(yè)獲得了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，然而與此同時(shí)，也帶來了由于技術(shù)落后所造成的能源損耗等問題，這非常不利于建筑行業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展。為解決以上問題，更多先進(jìn)的技術(shù)被開發(fā)利用，應(yīng)用到綠色建筑行業(yè)中。光伏發(fā)電技術(shù)，是通過設(shè)施設(shè)備將光能轉(zhuǎn)換為電能，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源向不可再生能源轉(zhuǎn)換，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的，其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠、清潔可再生的特點(diǎn)[1]。綠色建筑是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，為順從新時(shí)期發(fā)展理念，通過綠色建筑能夠開闊建筑行業(yè)的前景，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保、低碳、節(jié)能的愿景。

1基本概念

1.1光伏發(fā)電

光伏發(fā)電又稱為太陽(yáng)能光伏發(fā)電，是通過半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種技術(shù)。光伏發(fā)電主要依靠半導(dǎo)體的光電功能，光照射到太陽(yáng)能光伏板上，金屬板中的電子獲得能量，隨著光吸收越多，能量逐漸增加，當(dāng)達(dá)到一定程度，能量突破金屬的束縛，從而形成了光電子。太陽(yáng)能中的硅原子在接受到不同程度的電子時(shí)，能夠形成不同類型的半導(dǎo)體，半導(dǎo)體之間具有電勢(shì)差，通過電勢(shì)差能夠產(chǎn)生能量，也就能夠產(chǎn)生放電行為，從而將光能轉(zhuǎn)換為了電能。當(dāng)前，分布式光伏發(fā)電還處于探索示范階段，面臨著一定的技術(shù)瓶頸，因此還需要進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)。[2]

1.2綠色建筑

綠色建筑是指基于壞境保護(hù)的建筑施工，在施工過程中充分考慮對(duì)環(huán)境造成的影響，以節(jié)約能源為出發(fā)點(diǎn)，提升建筑效率，減少污染物排放，形成人與自然共存的狀態(tài)。綠色建筑不但能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能減少能源損耗，降低施工成本，提升施工利潤(rùn)。并且，在一定程度上，能夠保證建筑物的質(zhì)量，通過采用綠色材料，減少對(duì)人身體的傷害，為人們創(chuàng)建一個(gè)舒適的生活環(huán)境。綠色建筑是未來社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容，也是建筑行業(yè)能夠持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，需要社會(huì)各界引起重視，加大力度進(jìn)行綠色建筑投資，達(dá)到人與自然和諧相處的最佳狀態(tài)。目前光伏發(fā)電在民用建筑上的應(yīng)用范圍逐漸增加，裝機(jī)容量日益擴(kuò)大，應(yīng)用也日漸廣泛，但是仍然面臨著裝機(jī)組件未按照技術(shù)需要施工的問題[3]。

2光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

2.1在綠色建筑天窗安裝方面的應(yīng)用

天窗對(duì)建筑來說有很大的作用，一方面天窗的角度、大小等會(huì)影響到建筑物的通風(fēng)效果，給人們居住環(huán)境帶來新鮮感。另一方面，天窗有很好的遮擋陽(yáng)光作用，能夠避免建筑物內(nèi)部處于暴曬狀態(tài)，為人們創(chuàng)造一個(gè)好的居住環(huán)境。在綠色建筑中，以光伏板代替天窗，天窗設(shè)置的位置能夠決定光的吸收率，這直接影響光伏發(fā)電的效果。在進(jìn)行天窗安裝時(shí)，要對(duì)天窗的角度充分考慮，使得光伏發(fā)電效果達(dá)到最佳，從而保證太陽(yáng)能吸收最多的光照。

2.2在綠色建筑外墻中的應(yīng)用

外墻是建筑物與外界接觸最大的部分，也是光照面積最大的部分，所以綠色建筑的外墻設(shè)置也是施工的關(guān)鍵。建筑物的外墻是內(nèi)部環(huán)境與外界環(huán)境之間的屏障，能夠?qū)?nèi)部環(huán)境起到保護(hù)作用，所以設(shè)置外墻時(shí)隔涼、隔熱、隔音效果等都需要考慮。隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來越高，除上述幾點(diǎn)之外，包括建筑物的美感都是人們考慮的重點(diǎn)?，F(xiàn)在很多人都采用玻璃幕墻作為建筑物外墻，這種墻壁符合現(xiàn)代人的審美觀，以光伏板代替玻璃幕墻，不僅能夠增加建筑物的美感，另外，還能夠增加光照的面積，提高吸光率，有利于進(jìn)行能源之間的轉(zhuǎn)換。通過吸收更多的光照，將光照盡可能高效的轉(zhuǎn)換為電能，提升光伏發(fā)電的效率。

2.3在綠色建筑屋頂設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用

綠色建筑物的屋頂本身比外墻的面積小，因此吸光效果也相對(duì)較差一點(diǎn)。因此，在進(jìn)行屋頂設(shè)計(jì)時(shí)，要通過調(diào)整太陽(yáng)能光伏板的角度盡可能的增加吸光率。除此之外，屋頂設(shè)計(jì)最重要的是要考慮自然災(zāi)害的影響，在整個(gè)綠色建筑中，最容易受到自然災(zāi)害損傷的就是屋頂，因此對(duì)于屋頂材料，要格外注意。在進(jìn)行屋頂設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮光伏板設(shè)置的位置及大小，還要考慮其質(zhì)量是否能夠符合房頂質(zhì)量需求。除此之外，光伏板的角度也對(duì)房頂?shù)挚棺匀粸?zāi)害有很大影響，因此在進(jìn)行角度設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮如何最大程度上避免自然災(zāi)害的傷害，必要時(shí)，做一些防護(hù)措施，對(duì)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，避免影響光能轉(zhuǎn)換。

2.4在綠色建筑其他部分的應(yīng)用

除了以上綠色建筑物重要的組成部位可以用到太陽(yáng)能之外，還可以將太陽(yáng)能發(fā)電用在遮陽(yáng)板等部位。

光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)綠色建筑的作用體現(xiàn)在兩方面，一方面太陽(yáng)能光板能夠起到遮擋的效果，另一方面還能夠吸收大量的陽(yáng)光，進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，減少能源的使用。通過提高光伏系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換率，提升光能轉(zhuǎn)換的效率，更大程度的節(jié)約資源。

3案例分析

3.1項(xiàng)目介紹

某辦公樓，屋頂面積3萬m2，其中可以安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域占85%。辦公樓共計(jì)五層，一二層為休閑、餐飲區(qū)，三到五樓為辦公區(qū)，辦公樓四周無遮擋，采光效果好。該區(qū)域日照時(shí)間較長(zhǎng)，太陽(yáng)能資源豐富，非常適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝，經(jīng)調(diào)查顯示，年平均日照時(shí)間在1 300? h左右，尤其是在夏日，日照時(shí)間更長(zhǎng)，且光能更為豐富。常年光照穩(wěn)定，四季波動(dòng)不大。此辦公樓用電集中在白天，晚上基本無用電需求，但白天用電需求較大，且一二樓用電期間用電量不穩(wěn)定，波動(dòng)較大。三到五樓用電量較為穩(wěn)定，且用電量較小。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，此處需要進(jìn)行一項(xiàng)可再生設(shè)備安裝，經(jīng)對(duì)比研究，需要安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，以減少電能損耗。

3.2光伏系統(tǒng)位置選擇

對(duì)辦公樓用電情況進(jìn)行分析，此辦公樓僅在白天進(jìn)行使用，夜間很少使用，如需使用，可以采用發(fā)電機(jī)進(jìn)行操作。因此，光伏系統(tǒng)僅需要支持白天用電即可，此建筑物四周無遮擋，能夠很好的進(jìn)行采光。為了能夠保證在工作時(shí)間，光伏組件處于無遮擋狀態(tài)，將光伏系統(tǒng)設(shè)置在建筑物的南側(cè)，每相距140 cm安裝一塊光伏組件，總共安裝18 000塊，均勻分布，累計(jì)功率1 500 kW，通過光伏系統(tǒng)進(jìn)行光能轉(zhuǎn)換，進(jìn)行供電。

3.3光伏發(fā)電應(yīng)用范圍

為了明確光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍，需要對(duì)建筑物的用電情況進(jìn)行分析，調(diào)查顯示，辦公樓的一二樓用電時(shí)間較短，且用電不穩(wěn)定，對(duì)于供電系統(tǒng)要求比較高，光伏發(fā)電雖然能夠很大程度上減少電能損耗，但是由于吸光面積有限，且無法保證高頻率用電需求，不利于對(duì)一二樓進(jìn)行供電。三到五樓屬于辦公區(qū)，用電量較少，且用電情況較為穩(wěn)定，光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠滿足辦公區(qū)的用電需求。由此可以確定光伏發(fā)電應(yīng)用的范圍，主要是對(duì)三到五樓進(jìn)行供電。

3.4光伏年發(fā)電量測(cè)算

在光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用中，不但要計(jì)算環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益及成本回收期，也要對(duì)發(fā)電量進(jìn)行計(jì)算。[4]

計(jì)算公式如下：En=Q×AC×μ1×μ2

其中，En表示為光伏年發(fā)電量;Q是緯度斜角平面年總輻照量（Q=1 205.94 kW·h/m2）;Ac是光伏發(fā)電板面積;μ1為光電轉(zhuǎn)換率（μ1=15%）;μ2為綜合發(fā)電效率（μ2=80%）。

由此得到光伏系統(tǒng)年發(fā)電量En=1 205.94×2.55×10 000×15%×80%=3 690 176.4 kW·h。

4結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)環(huán)保觀念的逐漸加強(qiáng)，綠色建筑被更多的人關(guān)注，綠色建筑不但能夠改變我們的生活質(zhì)量，還能夠改變生態(tài)環(huán)境，保證建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。光伏發(fā)電是將光能轉(zhuǎn)換為電能的重要裝置，通過提高光能利用率，減少了我國(guó)對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)的依賴，從而實(shí)現(xiàn)綠色建筑目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘輝.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用分析[J].科技風(fēng)，2019（20）：213.

[2] 李敏.智慧能源環(huán)境下住宅區(qū)分布式光伏發(fā)電投資決策研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2018.

[3] 蔡煥寧.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在民用建筑中的應(yīng)用分析[J].建筑電氣，2018，37（2）：45-50.

[4] 李娟，丁蕾，王婭.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用分析[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，14（1）：1-4+22.

收稿日期：2020-02-03

作者簡(jiǎn)介：王婷婷（1987—），女，河北張家口人，碩士，研究方向：能源建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。