進來握個手吧,,太陽

文//陳福民

進來握個手吧,,太陽

文//陳福民

把陽光“裝”進建筑來發電

能源，是人類社會賴以生存和發展的基礎，對它的科學開發和合理利用，是人類文明與進步的重要標志之一。利用能源，又不污染環境，是人類在社會發展長河中，不斷追求的目標，大規模開發利用太陽能，則是實現這一目標的重要一環。

太陽能，因為它是一種輻射能，不帶任何化學物質，是最潔凈，最可靠的巨大能源寶庫。經測算表明，太陽能釋放出相當于10萬億千瓦的能量，而輻射到地球表面的能量，雖然只有它22億分之一，但也相當于全世界目前發電總量的八萬倍。因此專家們認為，用太陽能代替所有潛在的礦物資源，是21世紀發展的方向，其發展速度，很可能像計算機產業一樣，將得到迅猛發展。

那就進來握個手吧，太陽！

把陽光“裝”在建筑上來發電

中國2010年上海世界博覽會中國館，是一座“中國紅”為主基調的宏偉建筑。在高達68米的屋頂平臺上，裝有無數如“馬賽克”一般密密麻麻的片狀組件。這些片狀組件叫“光伏組件”，組成18個菱形、12個三角形的巨大光伏組件群，宛如鑲嵌在中國館頂部的巨型“寶石”，在陽光下熠熠生輝。

這就是上海世博會太陽能光伏建筑一體化工程，它使黃浦江兩岸的美景與太陽能轉化為電能的神奇程相輝映，將成為動人的景觀。

按照設計方案，中國館利用68米屋頂平臺和60米觀景平臺鋪設單晶光伏組件，其中60米觀景平臺四周采用的是一種特殊規格的透光型“雙玻組件”，替代了原設計方案中的幕墻玻璃。中國館的太陽能裝機容量可達302千瓦。

主題館采用與建筑肌理相吻合的大菱形設計方案，鋪設多晶光伏組件，替代了原設計方案中的屋面裝飾材料。光伏組件鋪設面積約2.6萬平方米，太陽能裝機容量可達2825千瓦。這種“裝”在上海世博會主題館屋頂的太陽能設施，有望成為中國乃至亞洲單體建筑最大的光伏建筑一體化電站。

根據規劃設計，上述兩大展館累計的太陽能裝機容量可達3127千瓦，一年提供并網發電的電量可達284萬千瓦時，每年可節約標準煤約1000噸。相當于年均減排二氧化碳2500噸、二氧化硫84噸、氮氧化物42噸、煙塵762噸。

以兩大展館為基礎，加上世博浦西園區南市發電廠的太陽能項目等，整個世博園區的太陽能總裝機容量有望達到4700千瓦。

屋面一體化設計鋪設太陽能板，總發電量2.5兆瓦，是座名副其實的兆瓦級的清潔能源發電站。

那么，這些叫“光伏組件”的“寶石”到底是什么？它為什么會為建筑提供電能呢？

原來，光伏組件是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置，它借助于一種能量轉換器可將太陽光能轉換成為電能。這種把光能轉換成為電能的能量轉換器，就是太陽能電池。太陽能電池的主要材料是半導體硅，也有一些其他合金。它只要受到陽光或燈光的照射，就能夠把光能轉變為電能，使電流從一方流向另一方，從而產生直流電。這種將光能直接轉換成電能的過程確切地說應叫光伏效應。一般就可發出相當于所接收光能大于10%～20%的電來。為了使太陽能電池板最大限度地減少光反射，將光能轉變為電能，一般在它的上面都蒙上一層防止光反射的膜，使這種光伏組件板的表面呈紫色。

光伏發電就是根據光生伏打效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。所謂光生伏打效應就是當物體受光照時，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的PN結時，就會在PN結的兩邊出現電壓，叫做光生電壓。使PN結短路，就會產生電流。

因此，不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件，由于沒有活動的部分，所以，光伏發電設備極為精煉，可靠穩定、壽命長、安裝維護簡便。目前，光伏發電產品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區居民生活生產提供電力，還有微波中繼電源等，另外，還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草地廠各種燈具等；三是并網發電，這在發達國家已經大面積推廣實施。

由于光伏板組件可以制成不同形狀，而組件又可連接，以產生更多電力。因此近年來，天臺和建筑物表面都可使用光伏板組件，甚至被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光伏設施通常被稱為附設于建筑物的光伏系統。

這種光伏與建筑一體化提出了“建筑物產生能源”的新概念，即通過建筑物，主要是屋頂和墻面與光伏發電集成起來，使建筑物自身利用綠色、環保的太陽能資源生產電力。

光伏與建筑一體化系統可以劃分為光伏屋頂結構和光伏墻結構兩種形式。光伏與建筑的結合有兩種方式：一種是建筑與光伏系統相結合；另外一種是建筑與光伏器件相結合。

建筑與光伏系統相結合，是把封裝好的的光伏組件安裝在居民住宅或建筑物的屋頂上，再與逆變器、蓄電池、控制器、負載等裝置組成一個發電系統。

而建筑與光伏器件相結合，則是將光伏器件與建筑材料集成一體，用光伏組件代替屋頂、窗戶和外墻，形成光伏與建筑材料集成產品，既可以當建材，又能利用綠色太陽能資源發電，可謂兩全其美，而且可以降低光伏與建筑一體化系統的造價。

近年來，國外推行的光伏與建筑相結合，極大地推動了光伏并網系統的發展。在城鎮建筑物上安裝的光伏系統，通常采用與公共電網并網的形式。并網光伏系統不需要配備蓄電池，既節省投資，又不受蓄電池荷電狀態的限制，可以充分利用光伏系統所發出的電力；光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，無需額外占用土地，這對于土地昂貴的城市建筑尤其重要；夏天是用電高峰的季節，也正好是日照量最大，光伏系統發電量最多時期，對電網可以起到調峰作用；光伏陣列吸收太陽能轉化為電能，大大降低了室外綜合溫度，減少了墻體得熱和室內空調冷負荷，所以也可以起到建筑節能作用。

太陽能住宅與太陽能社區

在上海，不久前提出了一種試驗型的太陽能住宅建筑，它的雛形是一幢“魔幻小屋”。這種小屋的屋頂上有個“大天窗”，左側“天窗”是太陽能電池方陣，右側就是太陽能集熱器方陣。這是一種與建筑融為一體的太陽能集熱器，一改傳統集熱管的“粗獷形象”，平面設計，輕薄光滑，與現代屋頂結合得嚴絲合縫。

目前，就太陽能熱水器而言，在我國住宅中的安裝和利用并不普遍。這主要是人們大都認為太陽能熱水器只是“頂層”住宅的專利。但隨著太陽能技術的不斷發展，現有技術已可以讓任何樓層的住宅享用熱水器帶來的便捷。據報道，新型太陽能集熱器的試制成功，使太陽能熱水器可直接作為建筑構件，在屋頂、墻面和陽臺應用，斜坡和平頂鑲嵌式太陽能熱水器集熱板均可緊貼屋面或作為屋面組成部分。加之先進的電子自控應用，還能使太陽能熱水器具有調節水量、流量、補充冷水、平衡自來水和熱水流量等功能。因此，太陽能已不再只是“頂層”專利。

太陽能社區

在南京，有開發商新開發的小區采用的是一排排的真空集熱管，屋面看不見水箱和支架，外觀整齊、美觀，真正做到了太陽能與建筑融為一體。另外，建筑內部鋪設有專門的熱水管道，這些管道像自來水管一樣，接入各家各戶，這對居民來說，使用熱水就顯得十分方便；而對整個小區來說，環境不但沒有受到破壞，而且還為其開發的樓盤增加了一大賣點。這標志著我國太陽能熱水器與建筑一體的技術逐漸成熟。

如今，上海市提出的新建住宅要應用十項“四新”技術要求，營造太陽能住宅將是大勢所趨。上海的湘江大廈商住樓中，便應用了由英國一家公司開發設計的大型太陽能集熱系統工程，集熱面積90平方米，向住戶全天候供應熱水。該工程采用該公司專業工程配套設計的空熱式集熱器，平鋪或嵌在坡屋頂上，既不影響建筑物外立面的美觀，又與建筑同步設計和施工，克服了普通太陽能熱水器后置安裝所帶來的諸多問題。

已經在國外出現的太陽能屋頂也許能讓我們看到我國應用太陽能的未來。在日本，一個裝有100多平米太陽能屋頂的家庭，就相當于擁有了一套3.7千瓦功率的發電機。這樣的家庭裝有兩個電表，白天，太陽能屋頂發電，除了供自家使用，多余的電輸送給大電網；晚上，家里的各種電器啟動，電網向家庭供電，最后按照兩個電表的差值計算這個家庭的電費。

一般而言，100～150平米的太陽能屋頂產生的電，對于一個四口之家是有盈余的，到那時，每一個家庭就是一個“微型發電廠”了。

在荷蘭中部城市阿姆斯弗特附近，1994年開始建設了一座有600多座房屋及幾十棟附屬建筑的居住社區，計劃發電量1.5兆瓦。目前社區的日常用電基本上達到自給自足，它靠的就是太陽能住宅。為避免在太陽照射不夠的時候住戶沒有電用，社區絕大部分房屋的太陽能光板采集的電能都統一輸進當地的普通電網，這樣也防止了綠色能源的流失。用戶只需交納一般電網的電費，無須擔心太陽能發電的高成本。這就是目前世界上最大的太陽能居住型社區。

在英國倫敦附近的薩敦鎮也有個這樣的社區，翻譯成中文就是“伯丁敦零用電發展社區”。其實它不是真的不用電，而是不用電網供應的電，或者說，居民不用給電力公司交電費，因為這里的建筑可以自己發電。

那里住宅所用的磚木并不多，整個建筑看起來幾乎是個玻璃房，落地的大玻璃窗構成了南向朝陽的這面“墻”。走近仔細看，可不是普通的玻璃窗，玻璃上都有光電板，是用來搞太陽能發電的。墻尚且如此，房頂就更不必說了。據介紹，這里的太陽能發電設備是英國BP公司提供的，白天陽光好的時候發的電可以儲存在一個類似蓄電池的設施里，用不完的電甚至可以賣給電網。這個“蓄電池”及其與電網的連接都有相當高的科技含量。

太陽能住宅

在這個社區里，連交通工具都盡量不燒油，太陽能充電站可以為40輛專門制造的車輛提供每年跑2萬千米的電力，居民們日常購物什么的，開這種車去足夠了。

根據建筑所在地資源的不同，除了太陽能，小的風力發電設備、小的水力發電設備、生物能發電設備、清潔能源電池等都可以用在住宅上。這樣，我們可以把明天的社區建設成真正的環保社區。