淺談城鎮化建設中的太陽能光伏發電技術

劉燕 李紅嶺

摘 要：隨著我國城鎮化建設的進一步發展，能源問題已成為當今日益嚴重的問題。太陽能作為綠色能源，被廣泛關注。從太陽能光伏發電系統入手，闡明為何利用太陽能發電技術，如何利用太陽能光伏發電技術，從光伏發電系統的組成、分類和城鎮光伏發電的應用進行介紹和分析，凸顯發展光伏發電系統在城鎮化建設中的重要性。

關鍵詞：城鎮化建設；光伏發電；建筑一體化

中圖分類號：TU18 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0078-02

1 引 言

隨著國民經濟的發展，城鎮化建設已成為一項重要課題。城鎮化的本質是聚集。聚集指的是人口的聚集以及產業的聚集，通過聚集不斷擴大經濟發展的規模、優化經濟結構、促進創新發展模式。

在城鎮化建設中，勢必會給這個地區帶來人員的大量集中，對能源的需求也會大大增加[1]。我國城鎮消耗的能源以電能為主，但電能的產生大多數以煤炭、石油、天然氣等傳統型能源為主，這些傳統型能源會對環境造成污染，且原材料多在邊遠省份，產生的電能需經遠距離直流輸電技術的支持。太陽能光伏發電作為可再生能源的一種，以其取之不盡用之不竭、無污染的優點被人們廣泛關注，它勢必會改變人類的能源結構，實現可持續發展。如果把太陽能利用技術應用在城鎮化建設中，前景是很可觀的[2]。

2 為何利用太陽能發電

2.1 太陽能資源豐富

太陽能資源豐富，太陽每秒鐘照射到地球上的能量高達80萬kWh，假如把地球表面0.1%的太陽能轉換為電能，轉變率5%，每年發電量可達5.6×1012kWh，相當于全世界能耗的40倍。太陽能電池以其獨特的優勢，種類也越來越多，市場規模也在逐步擴大[3]。

2.2 政策的支持

光伏應用無處不在，光伏產業的研究已成為熱點，目前以建筑物為主體的光伏發電以更節省資源、土地等優點被廣泛關注，這種光伏發電與建筑物合體的設計將更有利于調配資源、配置建筑物的供配電系統。由于光伏發電屬綠色能源，雖然光伏發電成本較高、電價較高，但仍然不影響它的發展，我國相關法規在光伏發電項目上給予了非常大的支持，主要表現在電價的補貼。

2.3 無污染、清潔、可持續發展

隨著經濟快速發展，我國工業化與城鎮化建設進程的加快，大氣污染成為難以避免的嚴重問題。近年來，我國空氣質量改善緩慢，大氣污染物的排放總量長年居高[4]。

2.4 光伏建筑一體化是發展方向

光伏發電建筑一體化是將光伏發電技術應用到建筑的制冷、采暖、照明、家電、飲食等耗能活動中，使光伏發電系統的各組成部分與建筑體有機結合。光伏發電系統與建筑的結合，不只是單純的附加，而是安全、環保、節能、美觀并且經濟適用的總體要求，使光伏發電系統作為建筑的一種體系，納入基本的建設工程的程序。

3 如何利用太陽能發電

3.1 光伏發電概念

光伏發電是利用太陽光照射到半導體即光伏電池表面，其中內部電荷的分布形態產生改變，進而產生電動勢。光伏發電的關鍵技術在于光伏電池。光伏陣列經串并聯后構成組合體光伏電池模塊，然后再經過封裝保護構成大面積的光伏電池板，光伏電池板與其他控制器件合起來最終就形成了光伏發電系統[5]。

3.2 系統分類

光伏發電系統可按并網型式分，可分為獨立光伏發電系統和并網光伏發電系統[6]。

獨立式光伏發電多用于偏遠山區及野外，受特殊地理位置影響，所需線纜較長，供電可靠性較低，且線路損耗較大。

并網式光伏發電系統可將產生的電能并入公共電網。該系統分帶蓄電池和不帶蓄電池。帶蓄電池的并網系統具有調度性，可根據負載需要考慮是否需要蓄電池備用電源，以防停電，還可根據需要選擇是否并入電網，常安裝在居民建筑中；不帶蓄電池并網光伏系統一般安裝在較大型的系統，投資大、建設周期長、占地面積大。目前，在光伏建筑一體化中，分散式的小型并網光伏發電具有明顯的優勢。

3.3 系統組成

太陽能光伏并網系統如圖1所示。光伏發電系統是由光伏陣列、蓄電池、逆變器、充放電控制器、負載和太陽跟蹤控制系統組成。

3.4 城鎮建設中的光伏發電

在城鎮化建設中，住區公共便民設施諸如路燈、綠化照明燈、廣告宣傳設施、手機充電站，道路交通設施諸如光伏道路等等都可使用光伏發電系統提供電能。

太陽輻射能量密度較小，且具有隨機性，將光伏發電作為輔助能源供電時，城鎮建設配套的光伏發電系統應采用非儲能的屋頂發電分布式能源系統，光伏容量為變壓器安裝容量的20～30%，低壓側并網，基本可實現自發自用，不足的電能從電網獲取，應盡量避免光伏發電系統反向給電網供電導致電能調度復雜化、繼電保護困難化。

對于白天光照強，但居民家用電器用電量少，需要電能少；晚上雖沒光照，但居民用電量明顯增加，所以應采用帶儲能的并網式光伏發電系統。白天將多余的電能儲存在蓄電池中，夜晚蓄電池釋放電能供負載使用，目前蓄電池多采用鉛酸蓄電池，其性價比越來越高。

在建筑物設計中，既要滿足光伏發電的功能要求，還要滿足建筑物的基本功能要求，主要考慮建在屋頂、墻面、遮陽臺、幕墻等外圍結構。用建筑集成光伏組件不需要安裝額外的基礎設施，不占用土地資源，特別適合人口稠密的城鎮使用。此外，光伏建筑組件還可作為建筑物的裝飾，同時可降低屋頂與墻面的溫升，降低建筑室內冷負荷。在未來的城鎮化建設中，太陽能建筑物會將實現電力的自給自足，是一大重要的發展方向。

4 結 語

城鎮化建設是我國現階段發展的重要方向，城鎮居民和企業的生存與發展離不開能源，作為綠色能源的太陽能發電系統，具有減少環境污染、響應國家號召、可持續發展的社會效益。隨著光伏發電產業化進程和技術開發的深化，它的效率、性價比將得到提高，光伏建筑一體化將得到更進一步的應用，必將推動城鎮化建設快速發展。

參考文獻

[1]胡云巖，張瑞英，王 軍.中國太陽能光伏發電的發展現狀及前景[J].河北科技大學學報，2014，35（1）：69～72.

[2]黃茂啟.小型戶用光伏系統的設計與分析[D].昆明理工大學，2017.

[3]董有爾，蒙 宇，申甜甜，唐晉娥.太陽能光伏發電系統應用研究[J].山西大學學報，2013，36（1）：40～48.

[4]李 琳.光伏直流微電網系統在城市住區中的應用設計研究[D].廣西大學，2017.

[5]惠 晶.新能源發電與控制技術[M].北京：機械工業出版社，2012：113～152.

[6]Musa T. Zarmai，N.N. Ekere， C.F. Oduoza， Emeka H. Amalu.A review of interconnection technologies for improved crystalline silicon solar cell photovoltaic module assembly[J]. Applied Energy，2015：173～182.

收稿日期：2018-6-5