太陽能光伏建筑在居民住宅上的應用

崔宸瑋 趙艷敏

（聊城大學建筑工程學院 山東聊城 252059）

1 前言

眾所周知，建筑的能耗非常巨大（發達國家全國總能耗的1/3以上都要用于建筑），解決建筑的能耗問題迫在眉睫，因此推廣太陽能光伏建筑對建筑尤其是居民住宅上具有重要價值。

2 太陽能光伏建筑的定義

太陽能光伏建筑不同于懸掛式的太陽能電池板，它是將太陽能電池等產品集成到建筑上，實現太陽能光伏設備與建筑本身的一體化。

根據太陽能光伏設備與建筑結合的方式不同，太陽能光伏建筑一體化可分為兩大類：

第一類是太陽能光伏設備與建筑的結合。這種方式是單純將太陽能發電設備結合在于建筑物上，以建筑物作為光伏方陣載體。

第二類是太陽能光伏設備與建筑的集成。這種方式是將太陽能光伏設備作為一種建筑材料的形式出現，讓光伏方陣成為建筑本身的一部分。

3 太陽能光伏建筑的發展

自從太陽能電池發明。世界各國都在不斷嘗試太陽能光伏設備與建筑的一體化，也取得了不少成果。而中國也緊跟國外發達國家的步伐，積極吸收相關經驗技術，正在逐步發展具有本國特色的太陽能光伏建筑。例如上海虹橋交通樞紐，在建筑外墻和屋頂的位置安裝了太陽能發電設備，發電總量可到6.5MW，在為建筑提供了部分能源的同時，也實現了節能減排。北京市大興區在2003年建成了綜合利用新能源的生態建筑示范工程。2004年，當時亞洲最大的太陽能光伏電站在深圳落成，尤其是并網系統成熟，且光伏電站總容量可達1MW，年發電能力約為100萬度，也實現了并網光伏發電系統的技術突破。北京南站中，主站的中央采光帶也采用了太陽能光伏發電系統，但系統發電量較小，僅能輔助解決車站的用電問題。

4 太陽能光伏建筑的使用在居民住宅中的推廣價值

太陽能光伏建筑一體化產生的是清潔能源，使用太陽能發電，不會污染環境。太陽能具有清潔免費易得的優點，開發利用過程中不會產生生態方面的副作用，是名副其實的綠色建筑。其次它又是一種可再生能源，幾乎取之不盡，用之不竭。而且太陽能光伏設備對土地資源占用少，一般安裝在閑置的屋頂或外墻上，這對于地價昂貴而又對太陽能發電需求大的大城市尤其重要，能大大降低成本。夏天是用電高峰的季節，也正好是日照最強、發電量最多的時期，兩者互補，正好對電網可以起到調節作用，減少電網壓力。太陽能光伏建筑提供的能量可以用于住宅，尤其是用于公共區域，例如樓梯間和電梯等，無形中也減少了許多安全隱患，便于更好的應對因電力中斷引發的緊急情況。而且太陽能光伏建筑對蓄電池幾乎無要求（主要還是對電網的輔助調節作用），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，起到建筑節能作用。而且這種設備能將照射在建筑外墻無法利用的太陽能轉化為電能，不僅能降低了室外溫度，還能減少墻體受熱，所以也可以起到建筑節能作用。

5 太陽能光伏設備的有關要求

把光伏器件用做建材，必須具備相應材料所需的建筑性能：承重、保溫、隔熱、防水防潮等。若是用于玻璃幕墻等透明建筑，則必須滿足透光度的要求（例如中國首個彩色透光薄膜組件應用示范項目——天威薄膜光伏建筑一體化項目），就是說既可發電又可采光。除此之外，還要考慮安全性能、外觀和施工簡便等因素。因此太陽能光伏設備應滿足如下要求：

5.1 對蓄電池要求

并網光伏系統，對蓄電池幾乎無硬性要求，并且作為公共電網的輔助設備，在確定光伏方陣容量時，不用像獨立光伏發電設備一樣還需進行嚴格的計算。一般家庭使用方陣容量為1～5kW光伏設備就足夠了。

5.2 對組件要求

與一般的平板式光伏組件不同，（BIPV）組件需要兼具兩方面的特性，在滿足發電要求的同時，更必須滿足建材性能的要求，如：保暖、防水、觀賞性等，還應具有足夠的強度和剛度，避免施工和運輸過程中的人為損壞等。根據建筑工程的需要，已經生產出多種滿足建筑外墻、樓頂、玻璃幕墻等性能要求的太陽電池組件。

5.3 對電池要求

在獨立光伏系統中，光伏方陣要盡量朝向赤道傾斜安裝，與水平面之間的傾角要經過嚴格的計算，以達到光伏方陣發電量的極大性和均衡性。而在并網光伏系統中，只要考慮光伏方陣輸出的最大量即可。然而在實際應用中，為了滿足設計師對于建筑物外形的需要，方陣可能無法滿足角度要求，這就需要光伏和建筑設計師共同協商解決。

5.4 逆變的要求

太陽電池方陣所發出的是低壓直流電，而電網中電壓為交流電220V，而且對于電能質量如有嚴格的要求。為了保證電網、光伏設備設備和避免人員傷亡，還必須配備并網檢測保護裝置。

6 太陽能光伏建筑的面臨的主要問題及可能的解決辦法

雖然太陽能光伏建筑一體化有高效、經濟、清潔等諸多優點，并已在許多工程上得以運用，但光伏建筑還未應用于居民住宅，成片使用該技術的居民社區并未出現。這是由于太陽能光伏建筑一體化存有幾大問題

6.1 造價較高

太陽能光伏建筑一體化建筑物造價較高。而且一體化設計建造的帶有光伏發電系統的建筑物造在技術上還有許多未解決的問題。

6.2 成本高

太陽能發電的成本相比于傳統發電高，比起傳統發電方式成本高出一倍還多。

6.3 不穩定

太陽能光伏發電不穩定，受天氣影響大，有波動性。這是由于陽光并不是一天24小時照射，因此如何解決太陽能光伏發電的不穩定性也是亟待解決的問題。

6.4 維護問題

由于是安裝在居民住宅，難以避免一些人為破壞，而且與公共建筑和太陽能發電站不同，由于分布較分散且涉及個人隱私問題，派專人看護也有一定難度。

6.5 其他

現在出現的薄膜式、可粘貼式太陽能電池又存在發電量小，電壓低，壽命短，無法接入電網等，在居民建筑中戰略價值較小。

7 結束語

太陽能光伏建筑的在建筑尤其是居民住宅上的應用有著較高的推廣價值，對進一步建設生態社會也有著巨大的戰略價值。而且在經過論證后確實具有一定可行性，可以預見，今后隨著技術問題的解決，太陽能光伏建筑會越來越普及，具有非常廣闊的前景。

[1]《太陽能光伏與建筑一體化應用技術規程》（DGJ32J8720091）.

[2]王斯成.我國光伏發電有關問題研究.中國能源，2007（2）：7～11.