淺談光伏發電技術在綠色建筑的應用

王婷婷 李海平

摘? 要：隨著我國可持續發展理念的提出，人們對綠色經濟的重視越來越高，一方面綠色經濟能夠降低成本，提高利潤，另一方面能夠保護我們賴以生存的環境。建筑行業作為我國經濟增長的重要領域，為了能夠促進建筑行業的高效發展，通過光伏發電技術，能夠減少不可再生能源的投入，增加能源的循環利用率，因此這符合我國社會可持續發展理念，是建筑行業發展的必然趨勢。

關鍵詞：光伏發電;綠色建筑;應用

中圖分類號：TM615? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-6903（2020）03-0000-00

改革開放以來，我國建筑行業獲得了前所未有的發展機遇，然而與此同時，也帶來了由于技術落后所造成的能源損耗等問題，這非常不利于建筑行業的長期穩定發展。為解決以上問題，更多先進的技術被開發利用，應用到綠色建筑行業中。光伏發電技術，是通過設施設備將光能轉換為電能，從而實現可再生能源向不可再生能源轉換，達到可持續發展的目的，其具有設備簡單、穩定可靠、清潔可再生的特點[1]。綠色建筑是社會發展的必然趨勢，為順從新時期發展理念，通過綠色建筑能夠開闊建筑行業的前景，實現綠色、環保、低碳、節能的愿景。

1基本概念

1.1光伏發電

光伏發電又稱為太陽能光伏發電，是通過半導體的光生伏特效應，將光能轉換為電能的一種技術。光伏發電主要依靠半導體的光電功能，光照射到太陽能光伏板上，金屬板中的電子獲得能量，隨著光吸收越多，能量逐漸增加，當達到一定程度，能量突破金屬的束縛，從而形成了光電子。太陽能中的硅原子在接受到不同程度的電子時，能夠形成不同類型的半導體，半導體之間具有電勢差，通過電勢差能夠產生能量，也就能夠產生放電行為，從而將光能轉換為了電能。當前，分布式光伏發電還處于探索示范階段，面臨著一定的技術瓶頸，因此還需要進一步完善相關技術。[2]

1.2綠色建筑

綠色建筑是指基于壞境保護的建筑施工，在施工過程中充分考慮對環境造成的影響，以節約能源為出發點，提升建筑效率，減少污染物排放，形成人與自然共存的狀態。綠色建筑不但能夠保護生態環境，還能減少能源損耗，降低施工成本，提升施工利潤。并且，在一定程度上，能夠保證建筑物的質量，通過采用綠色材料，減少對人身體的傷害，為人們創建一個舒適的生活環境。綠色建筑是未來社會發展的重點內容，也是建筑行業能夠持續發展的關鍵，需要社會各界引起重視，加大力度進行綠色建筑投資，達到人與自然和諧相處的最佳狀態。目前光伏發電在民用建筑上的應用范圍逐漸增加，裝機容量日益擴大，應用也日漸廣泛，但是仍然面臨著裝機組件未按照技術需要施工的問題[3]。

2光伏發電技術在綠色建筑中的應用

2.1在綠色建筑天窗安裝方面的應用

天窗對建筑來說有很大的作用，一方面天窗的角度、大小等會影響到建筑物的通風效果，給人們居住環境帶來新鮮感。另一方面，天窗有很好的遮擋陽光作用，能夠避免建筑物內部處于暴曬狀態，為人們創造一個好的居住環境。在綠色建筑中，以光伏板代替天窗，天窗設置的位置能夠決定光的吸收率，這直接影響光伏發電的效果。在進行天窗安裝時，要對天窗的角度充分考慮，使得光伏發電效果達到最佳，從而保證太陽能吸收最多的光照。

2.2在綠色建筑外墻中的應用

外墻是建筑物與外界接觸最大的部分，也是光照面積最大的部分，所以綠色建筑的外墻設置也是施工的關鍵。建筑物的外墻是內部環境與外界環境之間的屏障，能夠對內部環境起到保護作用，所以設置外墻時隔涼、隔熱、隔音效果等都需要考慮。隨著人們生活水平的逐漸提高，人們對生活質量的要求越來越高，除上述幾點之外，包括建筑物的美感都是人們考慮的重點。現在很多人都采用玻璃幕墻作為建筑物外墻，這種墻壁符合現代人的審美觀，以光伏板代替玻璃幕墻，不僅能夠增加建筑物的美感，另外，還能夠增加光照的面積，提高吸光率，有利于進行能源之間的轉換。通過吸收更多的光照，將光照盡可能高效的轉換為電能，提升光伏發電的效率。

2.3在綠色建筑屋頂設計方面的應用

綠色建筑物的屋頂本身比外墻的面積小，因此吸光效果也相對較差一點。因此，在進行屋頂設計時，要通過調整太陽能光伏板的角度盡可能的增加吸光率。除此之外，屋頂設計最重要的是要考慮自然災害的影響，在整個綠色建筑中，最容易受到自然災害損傷的就是屋頂，因此對于屋頂材料，要格外注意。在進行屋頂設計時，不但要考慮光伏板設置的位置及大小，還要考慮其質量是否能夠符合房頂質量需求。除此之外，光伏板的角度也對房頂抵抗自然災害有很大影響，因此在進行角度設計時，也要考慮如何最大程度上避免自然災害的傷害，必要時，做一些防護措施，對太陽能光伏系統進行保護，避免影響光能轉換。

2.4在綠色建筑其他部分的應用

除了以上綠色建筑物重要的組成部位可以用到太陽能之外，還可以將太陽能發電用在遮陽板等部位。

光伏發電系統對綠色建筑的作用體現在兩方面，一方面太陽能光板能夠起到遮擋的效果，另一方面還能夠吸收大量的陽光，進行電能轉換，減少能源的使用。通過提高光伏系統的轉換率，提升光能轉換的效率，更大程度的節約資源。

3案例分析

3.1項目介紹

某辦公樓，屋頂面積3萬m2，其中可以安裝光伏發電系統的區域占85%。辦公樓共計五層，一二層為休閑、餐飲區，三到五樓為辦公區，辦公樓四周無遮擋，采光效果好。該區域日照時間較長，太陽能資源豐富，非常適用于光伏發電系統安裝，經調查顯示，年平均日照時間在1 300? h左右，尤其是在夏日，日照時間更長，且光能更為豐富。常年光照穩定，四季波動不大。此辦公樓用電集中在白天，晚上基本無用電需求，但白天用電需求較大，且一二樓用電期間用電量不穩定，波動較大。三到五樓用電量較為穩定，且用電量較小。根據相關規定，此處需要進行一項可再生設備安裝，經對比研究，需要安裝光伏發電系統，以減少電能損耗。

3.2光伏系統位置選擇

對辦公樓用電情況進行分析，此辦公樓僅在白天進行使用，夜間很少使用，如需使用，可以采用發電機進行操作。因此，光伏系統僅需要支持白天用電即可，此建筑物四周無遮擋，能夠很好的進行采光。為了能夠保證在工作時間，光伏組件處于無遮擋狀態，將光伏系統設置在建筑物的南側，每相距140 cm安裝一塊光伏組件，總共安裝18 000塊，均勻分布，累計功率1 500 kW，通過光伏系統進行光能轉換，進行供電。

3.3光伏發電應用范圍

為了明確光伏發電的應用范圍，需要對建筑物的用電情況進行分析，調查顯示，辦公樓的一二樓用電時間較短，且用電不穩定，對于供電系統要求比較高，光伏發電雖然能夠很大程度上減少電能損耗，但是由于吸光面積有限，且無法保證高頻率用電需求，不利于對一二樓進行供電。三到五樓屬于辦公區，用電量較少，且用電情況較為穩定，光伏發電系統能夠滿足辦公區的用電需求。由此可以確定光伏發電應用的范圍，主要是對三到五樓進行供電。

3.4光伏年發電量測算

在光伏發電技術的應用中，不但要計算環境效益、經濟效益及成本回收期，也要對發電量進行計算。[4]

計算公式如下：En=Q×AC×μ1×μ2

其中，En表示為光伏年發電量;Q是緯度斜角平面年總輻照量（Q=1 205.94 kW·h/m2）;Ac是光伏發電板面積;μ1為光電轉換率（μ1=15%）;μ2為綜合發電效率（μ2=80%）。

由此得到光伏系統年發電量En=1 205.94×2.55×10 000×15%×80%=3 690 176.4 kW·h。

4結語

隨著我國環保觀念的逐漸加強，綠色建筑被更多的人關注，綠色建筑不但能夠改變我們的生活質量，還能夠改變生態環境，保證建筑行業的可持續發展。光伏發電是將光能轉換為電能的重要裝置，通過提高光能利用率，減少了我國對傳統發電行業的依賴，從而實現綠色建筑目標。

參考文獻

[1] 鐘輝.太陽能光伏發電技術在綠色建筑中的應用分析[J].科技風，2019（20）：213.

[2] 李敏.智慧能源環境下住宅區分布式光伏發電投資決策研究[D].北京：華北電力大學，2018.

[3] 蔡煥寧.太陽能光伏發電系統在民用建筑中的應用分析[J].建筑電氣，2018，37（2）：45-50.

[4] 李娟，丁蕾，王婭.太陽能光伏發電技術在綠色建筑中的應用分析[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2018，14（1）：1-4+22.

收稿日期：2020-02-03

作者簡介：王婷婷（1987—），女，河北張家口人，碩士，研究方向：能源建筑、結構設計。