太陽能光伏發電技術在節能建筑中的應用與建議

王馨悅

摘 要：建筑能耗的關注度逐漸增加，節能建筑的發展逐漸加快，光伏發電技術作為建筑節能的重要組成部分，正成為一項研究熱點。本文介紹了光伏節能建筑的發展，分析了光伏發電技術在節能建筑中的應用，并為今后光伏建筑一體化發展提供了建議。

關鍵詞：太陽能；光伏發電；建筑節能

中圖分類號：TU18 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0015-01

近年來，隨著人口數量的增長以及城市化進程的加快，國內的建筑面積也在不斷增大，建筑耗能的不斷增長也成為一個不可忽視的問題。我國建筑行業正處于高速發展期，每年建成的房屋面積近20億平方米，97%以上是高能耗建筑。以如此建設增速，預計到2020年，全國高耗能建筑面積將達到700億平方米。據統計，我國建筑能耗占全社會終端能耗總量的三分之一，如果不開始注重建筑節能，將直接加劇能源危機。因而，從建筑入手，進行節能減排，已經是迫在眉睫的事情了。

在目前的各種建筑節能措施中，利用太陽能是最經濟、清潔和安全的。“十三五”期間，政府發布建筑節能與綠色建筑發展規劃，提倡通過利用太陽能等新能源解決資源短缺、污染物排放量大的問題。太陽能可以通過光-光、光-電、光-熱等轉化形式為我們提供光能、熱能、電能。其中，將太陽能光伏發電技術與建筑完美結合即使光伏建筑一體化。光伏發電技術利用了半導體的特殊結構，將光能直接轉化為電能，同時光伏發電系統的太陽能電池還可以與建筑材料結合，起到裝飾、保護和發電的多種作用，因而有著很好的發展前景。

1 光伏節能建筑的發展情況

在國外，對于光伏建筑一體化的研究已有很長時間。1990年，德國首先開始實施“一千屋頂計劃”，將光伏發電組件推廣到私人住宅的屋頂上；1997年6月26日美國開始實施“百萬太陽能屋頂”計劃，到2010年要在全國范圍內的住宅、商業建筑、學校等建筑樓上安裝100萬套太陽能系統，其中包括光伏發電系統。至今，歐洲的節能建筑已經很普遍：雖然每棟節能建筑造價會比普通建筑高出3%，但是往后每年的運營費會下降60%，無論是從節能方面還是從經濟方面，不但吸引居民入住，也真正發揮了節能建筑的作用[1]。

在國內，節能建筑的發展也引起了極大重視。近年來，政府多次強調綠色節能建筑，發布節能指標。“九五”期間，我國就已經在深圳、北京分別建成光伏發電屋頂并實現并網發電。現今，更多節能建筑的出現，起到了很好的示范作用。如清華大學的超低能耗建筑示范樓，其中應用了光伏發電技術，將玻璃換成了光電材料，同時起到防護與發電的作用，同時利用蓄電池，將白天通過太陽能轉化的電能收集起來，在夜晚用于照明。國內的光伏節能建筑的普及性還不夠理想，并且由于其初期成本高，會受到光照角度、光強、粉塵等因素影響，因而國內的光伏節能建筑還在發展過程中。

2 光伏發電技術在節能建筑中的應用

光伏發電技術的應用需要建筑設計深入的配合，因而在建筑設計的初期就應該納入設計考慮范疇。想要在節能建筑匯中完美的應用光伏發電技術，必須考慮到當地的氣候條件，太陽照射角度，負載水平，光伏元件等諸多因素，在滿足上述因素之外，還需要考慮光伏材料與建筑結構各部分的整體性和美觀性[2]。

2.1 建筑外觀的設計

光伏組件的顏色與質感要與整座建筑協調，更可以運用光伏電池的顏色使建筑外形更加美觀，為其市場價值帶來有利的影響。如單晶硅通常呈深色或黑色；多晶硅通常呈現藍色，可以通過控制電池表面氮化硅反射膜的厚度調成綠色、黃色等彩色，從而可以形成磚的紋理效果，大大增強建筑的視覺美感。當光伏組件與建筑結合使用時，某些特定建筑對光伏組件的透光率有一定要求。由于晶體硅電池板本身不透光的性質，可以利用雙層玻璃封裝，通過調整電池片之間的空隙來調整透光率。

如果光伏電池作為建筑材料與建筑結合，可以通過建筑的結構設計來提高太陽能電池板的工作效率。如迪拜的垂直農場，底部覆蓋太陽能電池板，塔樓采用呈對角線的平板形，以減少下面的陽光滲透，可以使底部的太陽能電池板接收更多的太陽能。

2.2 太陽能電池板的設計

太陽能電池板在設計中首先要考慮太陽能利用的最大化，也就是吸收最多的太陽能照射。太陽能電池板的電流與光強成正比，透光率越低，發電效率越差。為使其獲得更多太陽能，增大發電效率，要根據一天中太陽高度的變化、四季中太陽高度的變化來調整光伏電池的傾斜角度。

光影遮擋也是設計中需要考慮的重要因素。如果間距安排過寬，就會浪費空間資源，如果間距安排過窄，會導致光光影遮擋，使電池板效率降低。對于光伏陣列，當光陰遮擋比例達到13%時，組件的功率損失會達到44%；當陰影遮蓋達到一半時，光伏發電效率將降低到原來的1%。為解決這一問題，可以運用橫向排布光伏陣列的方式，降低光陰遮擋對光伏電池發電功率的影響。粉塵以及積灰也會影響太陽能電池板接受太陽光照的效率，進而影響透光率。為解決此問題，可通過設置傳感器的方式加強監控，并及時進行電池板的清潔。

此外，太陽能電池板的材料也是影響發電效率的因素。太陽能電池板的原料大部分是單晶硅或多晶硅，但其對光線要求高，受到光影遮擋后發電效率下降極快，在許多太陽能輻射低的地區難以使用。而非晶硅對光線要求低，利于吸收散射光線，可以在太陽照射強度小的地區使用。非晶硅的成本低，更利于大規模生產，有很大的發展潛力。但由于其光電效率衰退的性質，如今非晶硅太陽能電池板的應用并沒有單晶硅和多晶硅的應用廣泛，但如果可以解決非晶硅這一缺點，那么非晶硅光伏電池將成為主要的光伏發電組成部分[3]。

3 對于光伏發電技術在節能建筑應用的建議

（1）加大光伏節能建筑的推廣。在建筑設計初期就考慮光伏發電等節能措施。對于已建成的建筑，也可以安裝太陽能系統，如光伏發電組件和太陽能集成器，以降低建筑能耗。（2）提高光伏節能建筑的設計水平，形成系統的設計規范。在設計過程中要要結合真實情況進行設計，充分考慮當地環境因素，因地制宜才不會影響實際應用。（3）研發新型材料，實現光電電池更有機地與建筑結合。如用可橈性樹脂材料為基地的大面積柔軟薄膜電池組件可以隨意剪裁成任意尺寸，鋪設于各種建筑屋頂。（4）光伏發電系統的初期成本高，需要國家的政策以及財政支持，通過給使用節能建筑的居民補貼，鼓勵居民入住節能建筑等方式進行政策性引導。（5）將互聯網與節能建筑聯系起來，跟上互聯網+的時代潮流。及時將節能建筑中設施的數據上傳網絡，隨時監控調整，保證設施的安全和工作效率，如設施出了問題，可以及時通過互聯網得知并聯系維修人員上門服務；居民也可以通過互聯網隨時調控設施，如控制加熱器、空調等，由而發展互聯網+節能建筑的產業鏈。

4 結語

建筑能耗在總能耗中的比重近三分之一，因而從建筑節能入手進行節能減排有著重要的意義。太陽能作為一種清潔、安全、取之不盡的可再生能源，對于城市及鄉村建筑都有很高的利用價值。光伏節能建筑的產生和發展不僅對于建筑設計有著重要的創新推動，而且對于緩解能源緊缺，減少環境污染都有重要的促進作用。中國已經開始重視光伏發電技術及其他新型節能方式在建筑上的應用和發展，相信在不遠的將來，節能建筑必定會在建筑中占據一席之地，節能建筑的發展未來可期。

參考文獻

[1]中國城市科學研究會，主編.中國綠色建筑2016[M].北京：建筑工業出版社出版，2016.

[2]薛一冰，楊倩苗，王崇杰，等編著.建筑太陽能利用技術[M].中國建材工業出版社，2014.

[3]李英姿，編著.光伏建筑一體化工程設計與應用[M].中國電力出版社，2016.endprint