光伏發電系統在綠色建筑中的應用及其節能研究

蔡銀龍

摘 要：21世紀是一個發展與危機并存的時代，大多數國家都處于經濟高速發展期，可是隨著經濟的飛速發展，對能量的消耗也日益加劇，隨著化石能源的大量消耗，當今世界面臨著能源和環境的雙重危機，作為不可再生資源，煤炭、石油等化石能源的全球儲備在急劇下降，經濟成本在飛速上升，而環境也在遭受著嚴重的破壞。在所有能源消耗項目中，建筑消耗所占比重最大，本文介紹了光伏發電系統在綠色建筑中的應用及其節能研究。

關鍵詞：光伏發電系統 綠色建筑 節能

中圖分類號：TU201 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0128-01

近幾十年來，隨著傳統能源的日益消耗和污染加劇，為了保證社會與經濟的可持續建設與發展，世界各國都在尋找新的能源，于是，儲量無限、干凈無污染、取用方便的太陽能進入了人們的視線，光伏產業進入高速發展期，并成為能源發展的必然趨勢。

1 光伏發電系統和綠色建筑

1.1 光伏發電系統

光伏發電系統是把太陽能轉化為電能的系統，是人類對太陽能這種儲量無限、干凈無污染、取用方便的新型能源的有效利用，光伏發電系統的組成包括：太陽能電池板、蓄電池、太陽能控制器、逆變器。

（1）太陽能電池板：光伏發電系統的光伏轉換裝置，把光能轉變成電能。（2）蓄電池：光伏發電系統的電能儲存裝置，把太陽能電池板轉化的電能儲存起來。（3）太陽能控制器：光伏發電系統的控制保護裝置，對系統的開關進行控制，對蓄電池的充電放電進行保護。（4）逆變器：光伏發電系統的電能轉化裝置，把蓄電池里輸出的直流電轉化成普遍使用的交流電，如轉換成220 V、110 V交流電。

1.2 綠色建筑

綠色建筑指的是在建筑的使用壽命內，合理利用資源，保護環境，減少污染，響應時代和諧、可持續發展的主題，即節省能源、節約資源、回歸自然。

（1）節省能源：對太陽能這種新興能源進行合理利用，即把光伏發電系統應用在建筑中。（2）節約資源：在建筑中需要用到的資源包括土地資源、水資源和建材資源，通過合理設計節約土地資源，通過減少裝修節約建材資源，通過合理用水節省水資源。（3）回歸自然：建筑外觀和色調與自然和諧統一，建筑系統合理高效，內部裝修材料綠色無害。

2 光伏發電系統在綠色建筑中的應用

2.1 光伏發電系統在綠色建筑外墻體中的應用

建筑的外墻體是和太陽光接觸面積最廣的，尤其是在高層建筑中，而大多數建筑為了保證美觀，外墻體材料采用的是玻璃幕墻，只具有圍護和裝飾的功能，可以把光伏發電系統的太陽能電池板制成玻璃樣式，即保證了玻璃幕墻的原有功能，又能夠對太陽能進行合理采集。太陽能電池板在建筑外墻體應用時，需要注意透明度的問題，保證建筑內光線充足；需要注意傾斜角的問題，根據建筑的南北朝向保證電池板在太陽升起落下時都能夠充分吸收到太陽能。

2.2 光伏發電系統在綠色建筑屋頂中的應用

大部分的建筑屋頂都沒有得到充分的利用，作為綠色建筑，要把屋頂充分利用起來，因為地理優勢，屋頂設置太陽能電池板時就不需要考慮遮擋和角度的問題了，裝置起來沒有外墻體那么麻煩，同時還可以作為通風管道的隔熱層和頂層建筑的遮陽板。太陽能電池板在建筑屋頂應用時，需要考慮雨雪天氣對雨、雪、冰雹、雷電等自然災害的防護問題，對于雨雪的堆積，可以采取設計屋頂傾角的方式解決，既增加了屋頂的觀賞性，擺脫了傳統的平底、角頂的樣式，又解決了雨雪的堆積問題。電池板可以選用具有一定強度的材料生產，抵擋強度不大的冰雹，并做好防雷措施，避免雷電災害造成太陽能電池板的損害。

2.3 光伏發電系統在綠色建筑天窗中的應用

天窗在建筑中的主要作用有兩個：一個是采光；另一個是防止局部露天建筑受到陽光直射。在天窗中應用太陽能電池板，不僅能夠起到采光和遮陽的效果，而且還能夠利用收集到的太陽能，為建筑提供照明電力。太陽能電池板在建筑天窗應用時，需要考慮采光率，可以設計成井格型利用折射原理進行立體采光，同時在設計天窗的傾斜角度時，同樣需要考慮到防雨雪堆積的問題。

2.4 光伏發電系統在綠色建筑其它建筑元素中的應用

太陽能電池板完全可以用在遮陽板、遮雨板和窗戶玻璃等建筑元素中去，可以把不透明的太陽能電池板作為遮陽板，同時用太陽能電池板代替窗戶的遮雨棚，這樣不僅滿足了遮陽避雨的需求，還對太陽能進行了有效采集。太陽能電池板在建筑元素中應用時，都需要充分的考慮防雨雪堆積、防火、防雷、防撞擊等問題。

3 光伏發電系統在綠色建筑中的節能分析

3.1 節能效果

綠色建筑中使用了光伏發電系統，節能效果是十分顯著的，最直接的效果就是充分的吸收了太陽能，為建筑提供了大量的電力供應，節省了建筑的電網供電。其次，太陽能電池板用作遮陽板和天窗等，不僅具有原有的功能，而且由于其能夠對太陽光輻射進行吸收，導致它的隔熱效果更強，降低了炎夏天氣建筑內部的氣溫，減少了空調制冷的負荷，間接的節省了能源的消耗，尤其是建筑對電工供電需求降低了，我國的電網供電以火電廠發電為主，這就相當于降低了煤炭資源的消耗，減少了廢氣排放，降低了對環境的污染。

3.2 節能經濟效益

光伏發電系統的特點是，安裝成本高，運營成本低，即一次消費，長久享受。比如，在建筑中安裝一個400 kW的光伏發電系統，一年可發電約400000 kW·h（千瓦時），整個系統的材料費、安裝費、人工費等合計需要約400萬，目前我國商業用電為1.5元/kW·h，相當于一年節省了約60萬元，只需要不到7年即可收回成本，而光伏發電系統的使用壽命是25年，這就意味著，在未來的18年里，光伏發電系統會為公司企業節省了1080萬元的電費，去除日常維護和維修，也約有近900萬的經濟效益。

4 結語

綜上所述，光伏發電系統在建筑中的使用是十分有必要，也是十分有意義和經濟價值的，同時光伏發電系統對于打造綠色建筑起到了十分重要的作用。當今我國各多層、高層建筑，應該加快對光伏發電系統應用的改造進度，早日實現節能減排的世界性戰略目標。

參考文獻

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