太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李艾+于京滄+金鑫+姜雪晶

摘 要：太陽(yáng)能是地球上所有人類(lèi)賴以生存的能源，也是一切其他能源的來(lái)源，無(wú)論是石油能源、火能，還是現(xiàn)代高科技研究產(chǎn)物新能源等，都由太陽(yáng)能通過(guò)轉(zhuǎn)化得來(lái)，在一定歷史時(shí)期為人類(lèi)生活提供能源或便利。因此，隨著科技的發(fā)達(dá)，人類(lèi)漸漸掌握了更多將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為我們需要能源的方法，這種通過(guò)某種特定裝置將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為特定能源的方式，叫做太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換。因此，筆者將介紹通過(guò)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)，也就是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，來(lái)研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；建筑設(shè)計(jì)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.171

太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能主要依靠光伏發(fā)電原理，也就是研發(fā)一種能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體，將這種半導(dǎo)體安裝在太陽(yáng)能電池中，在接受光照過(guò)程中電池中的半導(dǎo)體吸收光照，并將光能轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)，帶電離子在電池中自由移動(dòng)，在脫離原子核正電束縛后，形成自由帶電離子，在閉合電路中定向移動(dòng)，最后形成電流，這個(gè)過(guò)程就是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，這種發(fā)電方法不同于風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、火力發(fā)電等傳統(tǒng)高污染、高能源浪費(fèi)發(fā)電方法，而是高效率、低污染的方式，并且擁有高再生性，能承受長(zhǎng)時(shí)間的使用。但這種環(huán)保發(fā)電方法在實(shí)踐中也會(huì)受到成本和環(huán)境的限制。我國(guó)的光伏發(fā)電還處于高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，因此國(guó)家對(duì)這種環(huán)保發(fā)電方法提供更多支持，也相應(yīng)出臺(tái)很多政策為這種發(fā)電方法開(kāi)辟綠色通道。不同于過(guò)去先污染再治理的觀念，我國(guó)提倡在環(huán)保中發(fā)展的道路，因此保護(hù)我們的生存環(huán)境，為地球未來(lái)的發(fā)展提供更科學(xué)的方法，是我們加大太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的源動(dòng)力。

1 在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電光技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

不僅是我國(guó)，全球范圍內(nèi)其他國(guó)家也在大力提倡使用太陽(yáng)能進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源，因?yàn)橥ㄟ^(guò)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)不僅能節(jié)省其他稀有資源如石油、煤炭和天然氣等，還有降低浪費(fèi)、高效環(huán)保的特點(diǎn)。

第一，通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生的是電能，這種發(fā)電方式對(duì)環(huán)境的污染近乎于無(wú)，且生產(chǎn)出的電能是清潔能源，太陽(yáng)能在當(dāng)下依然屬于可再生能源，利用太陽(yáng)能不僅降低了對(duì)環(huán)境的破壞，還達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。第二，光伏發(fā)電的裝置雖然成本較高，可使用時(shí)間長(zhǎng)，材料占地面積小，簡(jiǎn)單安裝在屋頂即可使用，不必另外開(kāi)辟場(chǎng)地安置，不僅工廠可以大范圍使用，一般住戶也能在住所附近安裝。第三，白天光照強(qiáng)烈，電池可以在這個(gè)時(shí)段大量?jī)?chǔ)存能源，當(dāng)晚間用電高峰期來(lái)臨時(shí)，光伏發(fā)電生產(chǎn)的電能就能緩解用電緊張的現(xiàn)象，減少地區(qū)發(fā)電廠的壓力。第四，普通居民安裝在屋頂或墻壁上的太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置在一定程度上吸收了光能，避免陽(yáng)光直接照射建筑物，也減少了建筑物對(duì)光能的吸收，在夏季也可以降低室內(nèi)溫度，起到一舉兩得的目的。第五，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化隨時(shí)產(chǎn)生隨時(shí)使用，這點(diǎn)在普通居民使用中尤其明顯，只要有光照，就能產(chǎn)生電能，這就減少了電能從發(fā)電廠輸送到用戶家中的過(guò)程產(chǎn)生的浪費(fèi)，減少遠(yuǎn)距離輸送電能在一定程度上也減少了電線的使用，節(jié)省了能源。第六，太陽(yáng)能光伏發(fā)電基本達(dá)到了零污染零排放的要求，而且現(xiàn)代建筑可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中將光伏發(fā)電設(shè)備融入建筑設(shè)計(jì)中，這種結(jié)合不僅美觀，而且環(huán)保節(jié)能，在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)大范圍使用。

因此，上述六點(diǎn)都是光伏發(fā)電對(duì)環(huán)境、人類(lèi)產(chǎn)生的積極作用，光伏發(fā)電項(xiàng)目的推廣符合未來(lái)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展方向，不僅能通過(guò)建筑設(shè)計(jì)和建筑物進(jìn)行完美的融合，還能極大程度上減少環(huán)境污染，通過(guò)利用環(huán)保的太陽(yáng)能產(chǎn)生無(wú)污染的電能，一方面減少建筑物因?yàn)楣庹諑?lái)的磨損，另一方面收集陽(yáng)光降低地方電網(wǎng)壓力，在商業(yè)、普通居民中適用度都很高，是能廣泛推廣的環(huán)保方式。

2 光伏發(fā)電技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 建材型建筑

建材型建筑就是在建筑設(shè)計(jì)階段，將光伏發(fā)電設(shè)備融入建筑物中作為常規(guī)建筑材料使用，傳統(tǒng)建筑物將磚面或鋼混結(jié)構(gòu)作為外墻，主要用于保護(hù)建筑主體安全和美觀，但現(xiàn)在可以將太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備嵌入外墻，作為建筑裝飾面，起到吸收光能轉(zhuǎn)化電能和建筑物安全美觀的作用，在發(fā)電供應(yīng)建筑物內(nèi)部光照的同時(shí)，吸收陽(yáng)光避免室內(nèi)高溫，減少空調(diào)使用頻率，降低建筑物對(duì)環(huán)境破壞。

建材型建筑的光伏發(fā)電設(shè)備材料主要由鋼和玻璃組成，在整體設(shè)計(jì)中不僅要考慮建筑物和設(shè)備的安全性能，還要注重現(xiàn)代建筑屋頂美觀，光伏發(fā)電設(shè)備要具有一定縱深才能高效吸收光能，避免建筑物大量光照，在居民建筑物中要考慮頂層住戶和中間層住戶的區(qū)別，在設(shè)計(jì)時(shí)注重樓頂和樓體表面設(shè)備的安裝，保障電能輸送到每一戶居民家中，因此在電纜設(shè)備安置上也要考慮使用年限等原因。

2.2 普通型建筑

普通型建筑不同于建材型建筑將光伏發(fā)電設(shè)備融入建筑物中的特點(diǎn)，而是在建筑物表面安裝設(shè)備，做簡(jiǎn)單的結(jié)合處理，適用于目前已有建筑物，但在較常用于頂層用戶，主要材料有鋼混支架，發(fā)電設(shè)備和電線等，由于只能設(shè)置在樓頂，因此也要格外注意磨損和防雷，建筑表面安置的發(fā)電設(shè)備安置簡(jiǎn)單方便，安裝成本相較于建材型建筑較低，且具有更強(qiáng)的使用性能，屋頂吸收光照多使得發(fā)電量較多，這種高效率的發(fā)電方式在我國(guó)居民建筑物群中非常實(shí)用。

3 結(jié)論

當(dāng)下我國(guó)大量建筑物樓頂都安裝了這種簡(jiǎn)易的太陽(yáng)能光伏發(fā)電設(shè)備，普通型建筑的推廣已經(jīng)頗具成效，但光伏發(fā)電設(shè)備的建材型建筑推廣目前較少，由于受到成本較高、知名度較低的限制，光伏發(fā)電設(shè)備的大范圍推廣還需要研究者們花費(fèi)大量時(shí)間和努力，能源問(wèn)題和環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)是全球都在關(guān)注的問(wèn)題，環(huán)保節(jié)能的建筑物應(yīng)該在未來(lái)得到推廣，尤其是對(duì)太陽(yáng)能這種零污染能源的利用。本文通過(guò)介紹太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，提出兩點(diǎn)當(dāng)下及未來(lái)可行的方案，希望對(duì)我國(guó)建筑物光伏發(fā)電設(shè)備推廣提供建設(shè)性意見(jiàn)。

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