用光伏幕墻改變城市

劉琛

摘 ? ?要：科技的進步，促進人們對能源需求的增多。能源是發展國民經濟、提高人民生活質量的重要的物質基礎。隨著人類社會的不斷發展，人們對能源的需求不斷增加，導致人類面臨著能源緊缺、環境惡化、生態破壞、溫室效應等一系列的嚴峻問題。為適應人類可持續發展，世界各國大力開發可再生能源，力圖擺脫依賴常規能源的現狀。作為當前最理想的可再生能源，太陽能因其在任何有太陽存在的地方都可以使用而備受人們關注，同時它還具有取之不盡、用之不竭以及安全環保等優點，是今后代替不可再生能源發展的戰略性領域。光伏幕墻正是利用太陽能與現代建筑的完美結合。它是將太陽能光伏發電組件安裝在建筑物的維護結構外表面來獲得電力的一種新型的建筑能源。它在為建筑提供綠色電力的同時，還具有遮陽和隔熱的功能。除此之外，由于其造價低、調節電網峰谷和代替某些建材等多種功能，而逐漸步入商業應用領域并逐步發展成為基本電源之一的重要方式。本文就用光伏幕墻改變城市展開探討。

關鍵詞：光伏幕墻;太陽能;建筑

1 ?引言

太陽能光伏幕墻顛覆了我們對于玻璃、墻面、建筑乃至城市的認知與想象。在過去，擁有著悠久歷史的玻璃建材，僅僅只是建筑的一個組成部分。太陽能光伏幕墻創造性地將先進的薄膜太陽能技術“植入”，讓普通玻璃變身“發電體”，顛覆了人們對傳統玻璃的想象。其次，太陽能光伏幕墻作為一種高科技的新型綠色建材，可以和建筑的墻面結合在一起，成為會發電的墻，這顛覆了我們對于墻的想象。太陽能光伏幕墻讓每一棟建筑，不僅節能，還主動創造能源，成為綠色發電站，顛覆了對于建筑的想象。太陽能光伏幕墻讓成千上萬座建筑成為綠色、甚至成為凈零能耗建筑，由此可以誕生出了一個相互連接、電力能源自我依賴的城市，實現真正的生態城市，顛覆了對于城市的想象。

2 ?光伏幕墻的優點和分類

光伏幕墻是光伏建筑一體化應用的一種新形式，即在傳統幕墻的基礎上，有機結合太陽能電池光伏組件，根據光伏發電原理，將太陽光能直接轉化為電能。光伏幕墻把太陽能納入到現代建筑的總體設計中，相互間有機完美地結合，進而形成了集建筑、技術和美學于一體的新型建筑。光伏幕墻賦予了建筑物新的功能、新的屬性，它使得建筑物能夠給人居住的同時還提供了能源，是未來太陽能光伏發電技術與建筑節能發展的主流方向。太陽能光伏幕墻直接將太陽能轉化成電能，是一種適用范圍廣、不需要燃料就能獲取電能的新型技術，也是所有利用太陽能的方式中最重要、最理想、最具應用前景的技術之一。它具有以下優點：①結構簡單、安裝容易，同時能有效利用建筑外表面，比如屋頂和墻面，而無需另外占用土地來架構其他設備，大大節省了土地資源;②不需要架設長距離輸送電力的設備，原地發電原地使用，避免了因傳輸過程帶來的線路損耗;③夏天能有效降低墻面和屋頂過高的溫度從而改善了室內環境，同時也解決了電網峰谷供需矛盾;④太陽能光伏幕墻是最理想的清潔能源，在使用過程中不會產生任何廢棄物以及噪音等對環境有害的影響。一般來說，光伏幕墻大體上可分為兩類：獨立安裝型和建材安裝型。獨立安裝型，是指通過特殊的組件把太陽電池板與周圍的幕墻結構連為一體，從而創造出獨特的建筑美學效果。同時，它的成本較低、價格較便宜。建材安裝型，則要求把太陽能組件直接融和在特殊的建筑材料內進行生產，制成譬如幕墻、外墻單元等建材的形式。建材安裝型較獨立安裝型的技術要求更高。

3 ?豎向節能光伏幕墻一體化系統簡介

（1）設計原則。豎向節能光伏幕墻一體化系統設計應遵循以下原則。①系統結構以及涉及到的電氣上的安全性以及光伏元器件的性能指標等，主要包括材料的選擇、荷載計算、耐候性分析、防雷、走線以及逆變器的選型等。②光伏幕墻與建筑是否匹配，外觀是否協調一致，同時需進一步了解建筑物方位、建筑所在地全年日照數據等。③系統的使用能有效降低建筑能耗，但是有可能增加對流換熱，所以通風以及中央空調等的計算設計需要與系統切合。（2）運行方式。光伏建筑一體化運行方式一般分為獨立運行和并網運行。并網運行是指太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電之后直接接人公共電網，與大電網互為支撐伙獨立運行與并網運行組成主體相似，均需要太陽能電池板、控制器和逆變器三大部分，但獨立運行未與公共電網相連接，輸出功率提供給本地負載，結構相對簡單，豎向節能光伏幕墻一體化系統采用獨立運行方式。（3）系統原理。豎向光伏幕墻一體化系統是將豎向裝飾玻璃幕墻與光伏發電技術相結合，其基本原理如下：豎向裝飾玻璃幕墻選用透光率較高的超白鋼化夾膠玻璃，將太陽能光伏電池板與夾膠玻璃技術相結合，把光伏電池板放置在兩片超白玻璃中間，使用專用配線串聯而成，每塊夾膠玻璃中均設置兩塊光伏電池板，便于收集更多的太陽能，各光伏電池板的配線連接在一起，將轉化后的電能輸人充放電控制設備中，充放電控制設備根據需要，將部分電能直接存人蓄電池待用，另一部分通過逆變器轉化為交流電，供應給交流負載使用，最后一部分通過充放電設備后直接傳輸給直流負載;根據設計設置相應的配電室，充放電控制設備、逆變器和蓄電池等系統元件均放置在配電室內。

4 ?光伏建筑一體化系統并網發電系統設計

光伏建筑一體化系統中并網發電系統主要有光伏組件、逆變器、控制器和工頻變壓器四個部分。光伏電池產生的電能先由逆變器轉變成與電網相同的正弦交流電流，經過工頻變壓器再并入電網。控制器主要獲取電能轉換過程中的所有檢測信號，并控制逆變器轉換出電流的頻率、相位及電壓等參數，必須滿足光伏發電系統的輸出電壓、頻率和相位參數與電網相同。光伏發電的并網供電必須要確保其供電質量和并網監控保護措施。目前許多國家對光伏發電并網出臺了相關政策，采取了相應的措施，頒布了相應的技術指導，實現了光伏發電與公共電網的安全可靠連接。

5 ?我國光伏幕墻的市場前景

目前，我國大約有500億m2的建筑面積，屋頂面積約達50億m2，算上南立面約有60億m2的面積可利用。假如將20%的面積都安裝上太陽能電池，則可以裝120GWp。據權威部門預測，到2020年全世界光伏發電量將占總發電量5%。20世紀90年代到本世紀初，我國光伏幕墻已擴展到通信、交通、氣象、國防等經濟發展的各個領域，并以平均每年用量約30%的速度增長。市場需求量以平均大約70%的速度發展。隨著我國光伏產業技術的不斷發展，能力不斷增強，成本隨之降低，光伏幕墻的質量、規模都將會得到大大的提升。預計本世紀前30年，平均年裝機約100MWp，累計裝機容量約達2000MWp。由此可見，市場前景非常廣闊。

6 ?結語

隨著清潔能源的推廣和應用在全球達成共識，中國也非常重視清潔能源的應用和發展，生態文明被寫入憲法，“藍天保衛戰”“綠水青山”的理念已深入人心，出臺的各項政策也取得很好成績。太陽能不僅可以在屋頂上應用，還完全可以在墻面上大面積應用來大幅提升清潔電力的利用水平。

參考文獻：

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