高校光伏建筑一體化的應用探析

■柯紅峰 ■九江工業建筑設計院，江西 九江 332000

隨著國際石油價格持續上漲以及煤炭價格上調壓力的增大，我國面臨的能源壓力顯著的增大，降低能源消耗、保護環境以及節能減排等話題已經成為全社會關注的特點。光能是一種可再生的綠色能源，光伏建筑是利用光能進行發電的建筑一體化工程，利用光伏建筑發電對降低電能消耗、降低供電高峰負荷以及保護地球環境等方面具有非常重要的作用。通過利用光伏建筑一體化在環保和節能方面的功能，將光伏建筑一體化應用在高校中，不僅能夠很好的滿足學校教學以及科研的要求，還具有非常好的經濟效益和社會效益。

1 光伏建筑一體化在高校中應用的優勢探析

光伏建筑一體化在高校中應用的優勢主要包括兩個方面:一方面，在節能環保方面，光伏建筑一體化在高校中的應用通常不會對環境造成影響，因為其不產生有害氣體、固體垃圾以及噪聲等，因此通過將光伏建筑一體化應用在高校中，能夠利于保護環境，在發達國家已經發展中國家經濟發達區域具有非常好的應用前景;例如某海口城市的某高校采用了光伏建筑一體化，每年能夠為高校提供85．12萬kWh綠色電能，同比節約煤炭約287．36噸，減少了二氧化硫、二氧化碳等有害氣體的排放，具有非常好的節能環保效益和社會效益;另一方面，在經濟效益、光伏技術以及建筑學方面的應用優勢主要表現在以下幾個方面:建筑光伏電一體化的發電可以將電力安裝、系統操作、控制以及維護等都結合在建筑物內;建筑光伏電一體化的建筑方式優美，改善高校建筑的外觀;光伏陣列通常安裝在墻的南立面或者屋頂，便于直接吸收太陽能，這樣不僅降低了墻面以及屋頂的溫度，還能夠為學校提供電力;光伏建筑建設在高校附近，在原地進行放電，降低電能在運輸中的損耗，節省電站輸送電網的費用;光伏建筑并不需要安裝額外的設施，能夠有效的降低建筑損耗，實現節省材料、成本的效果;光伏建筑是利用墻幕或者屋頂，并不需要占據多余的土地資源，適合在土地資源昂貴的城市高校使用。

2 光伏建筑一體化在高校中的應用

文章以某沿江高職學院為例，年平均溫度在23．3℃ －24．6℃，平均日照為1740－2680/小時，該城市的某高校建設了一座3MW光伏建筑一體化示范項目，由城市、住房建設部以及財務部納入到光伏建筑一體化示范工程。該工程在學校的食堂、圖書館、宿舍樓、教學樓、體育中心等的墻面和屋頂安裝了光伏發電裝置，并且還創新的采用了光伏電子樹，該光伏建筑一體化項目主要包括安裝支架、監測以及顯示單元、傳輸線纜、電纜以及電氣保護單元、交流配電箱、太陽能光伏組件等。光伏建筑一體化在高校中的實踐應用主要表現在以下幾個方面:

2．1 太陽輻射量和陰影分析

為了得到更加詳盡、全面適合安裝太陽能光伏組件的區域，應該對高校的太陽輻射和陰影進行分析:對于太陽輻射量的分析，太陽輻射量最大量的光伏組件應該朝向西南方向，但是在高校建筑中，為了能夠盡可能的降低陽光對室內的直射，同時空調等設備的能耗，高校建筑的門窗通常都設置在東南方向。通過結合相應的理論以及實際輻射狀況，采用專業的可視化光輻射系統設計分析軟件，對高校建筑的太陽輻射量進行計算，以此分析高校建筑各個區域的光能輸出率，以此確定光伏系統安裝區域;對于陰影的分析，根據《太陽能光伏與建筑一體化應用技術規程》中“安裝光伏組件的建筑部位宜滿足冬至日4h日照不受遮擋的要求”的相關規定，需要對高校建筑的陰影狀況進行分析，根據調查顯示，該高校的屋頂夏至日9－15h的陰影相對較為對稱，屋頂的西部陰影相對嚴重，并且經過太陽輻射分析之后，初步認為不適合安裝光伏組件。

2．2 選擇光伏組件

光伏組件是光伏組件的選擇應該滿足以下幾個要求:其一，尺寸與性狀，根據高校建筑的具體狀況，選擇不同尺寸和形狀的光伏組件，以此滿足建筑個性化、多樣化的實際需求;其二，透光率，當建筑和光伏組件集成使用時，例如光電采光頂和光電幕墻，通常需要對光伏組件的透光性具有一定的要求，主要是要求對于自身不透光的晶體硅太陽能電池淶水，在制作的過程中采用雙層玻璃封裝，還可以通過調節電池片之間的空隙，以此調整光伏組件的透光量;其三，抗變形能力與強度，光伏組件和建筑集成使用時，光伏組件作為一種建筑材料，可以當做建筑幕墻使用，因此其強度以及抗變形能力應該滿足學校建筑的可靠性以及安全性的要求，例如光伏組件的玻璃應該具有一定的抗風能力，需要進行加厚處理;其四，質感與顏色，光伏組件通常都安裝在建筑外部，因此光伏組件的顏色和質感應該和學校的建筑整體相協調。

2．3 光伏建筑一體化排布

光伏組價的排布應該根據，太陽輻射以及陰影的動向進行，盡可能的降低陰影對光伏組件排布的影響，以此降低光伏組件的荷載，保證其能夠應對更多極端的天氣狀況，更好的發揮在高校中的作用。該高校的光伏建筑一體化排布主要包括以下幾個方面:

(1)光伏遮陽板。通過分析當地氣候條件，在節能設計的基礎上，將遮陽板應用在光伏建筑一體化設計中，在遮陽板上結合太陽能電池，該種形式是藝術、功能與新能源的結合，但是缺陷在于顏色方面有所缺失。

(2)光伏幕墻。該高校的光伏幕墻采用了雙玻璃光伏組件，厚度為6mm+2mm+6mm，最大組件的尺寸表現為1160mm×2460mm，面積為2．85平方米，該種結構形式為外循環雙層幕墻。內層為鋁板幕墻，能夠很好的將雨水以及熱量阻擋在墻體之外，外層為開放式光伏幕墻，光伏組件為了保持空氣流通，降低電池片的溫度，提高光伏幕墻的發電率，光伏組件空隙間不能打膠。該種光伏幕墻形式將內層鋁板幕墻和開放式幕墻完美的結合，避免了兩者的缺陷，集合了兩者的優勢。

(3)電子樹。海口城市的氣溫相對較高，遮陽是非常廣泛的需求，以鋼結構模仿樹枝的形態支撐頂棚，在頂棚采用太陽能電池板，形成電子書，這種獨特的電子書光伏建筑，不僅能夠為校園提供遮陽的地方，并為學校提供相應的電能，同時這種在陽光下光影斑駁的電子書，還為學校增添了一道靚麗的風景線。

3 結束語

總而言之，顏色單一、不透光的光伏電池和建筑集合形成的光伏建筑一體化，是一種能源技術和藝術的有機結合，通過將光伏建筑一體化應用在高校中，不僅能夠起到節能環保的作用，還能夠為學校提供清潔的電能以及增添風景的作用。因此，光伏建筑一體化在高校以及其他地區具有良好的社會效益和經濟效益，具有非常廣泛的應用前景。

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