高校光伏建筑一体化的应用探析

■柯红峰 ■九江工业建筑设计院，江西 九江 332000

随着国际石油价格持续上涨以及煤炭价格上调压力的增大，我国面临的能源压力显著的增大，降低能源消耗、保护环境以及节能减排等话题已经成为全社会关注的特点。光能是一种可再生的绿色能源，光伏建筑是利用光能进行发电的建筑一体化工程，利用光伏建筑发电对降低电能消耗、降低供电高峰负荷以及保护地球环境等方面具有非常重要的作用。通过利用光伏建筑一体化在环保和节能方面的功能，将光伏建筑一体化应用在高校中，不仅能够很好的满足学校教学以及科研的要求，还具有非常好的经济效益和社会效益。

1 光伏建筑一体化在高校中应用的优势探析

光伏建筑一体化在高校中应用的优势主要包括两个方面:一方面，在节能环保方面，光伏建筑一体化在高校中的应用通常不会对环境造成影响，因为其不产生有害气体、固体垃圾以及噪声等，因此通过将光伏建筑一体化应用在高校中，能够利于保护环境，在发达国家已经发展中国家经济发达区域具有非常好的应用前景;例如某海口城市的某高校采用了光伏建筑一体化，每年能够为高校提供85．12万kWh绿色电能，同比节约煤炭约287．36吨，减少了二氧化硫、二氧化碳等有害气体的排放，具有非常好的节能环保效益和社会效益;另一方面，在经济效益、光伏技术以及建筑学方面的应用优势主要表现在以下几个方面:建筑光伏电一体化的发电可以将电力安装、系统操作、控制以及维护等都结合在建筑物内;建筑光伏电一体化的建筑方式优美，改善高校建筑的外观;光伏阵列通常安装在墙的南立面或者屋顶，便于直接吸收太阳能，这样不仅降低了墙面以及屋顶的温度，还能够为学校提供电力;光伏建筑建设在高校附近，在原地进行放电，降低电能在运输中的损耗，节省电站输送电网的费用;光伏建筑并不需要安装额外的设施，能够有效的降低建筑损耗，实现节省材料、成本的效果;光伏建筑是利用墙幕或者屋顶，并不需要占据多余的土地资源，适合在土地资源昂贵的城市高校使用。

2 光伏建筑一体化在高校中的应用

文章以某沿江高职学院为例，年平均温度在23．3℃ －24．6℃，平均日照为1740－2680/小时，该城市的某高校建设了一座3MW光伏建筑一体化示范项目，由城市、住房建设部以及财务部纳入到光伏建筑一体化示范工程。该工程在学校的食堂、图书馆、宿舍楼、教学楼、体育中心等的墙面和屋顶安装了光伏发电装置，并且还创新的采用了光伏电子树，该光伏建筑一体化项目主要包括安装支架、监测以及显示单元、传输线缆、电缆以及电气保护单元、交流配电箱、太阳能光伏组件等。光伏建筑一体化在高校中的实践应用主要表现在以下几个方面:

2．1 太阳辐射量和阴影分析

为了得到更加详尽、全面适合安装太阳能光伏组件的区域，应该对高校的太阳辐射和阴影进行分析:对于太阳辐射量的分析，太阳辐射量最大量的光伏组件应该朝向西南方向，但是在高校建筑中，为了能够尽可能的降低阳光对室内的直射，同时空调等设备的能耗，高校建筑的门窗通常都设置在东南方向。通过结合相应的理论以及实际辐射状况，采用专业的可视化光辐射系统设计分析软件，对高校建筑的太阳辐射量进行计算，以此分析高校建筑各个区域的光能输出率，以此确定光伏系统安装区域;对于阴影的分析，根据《太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程》中“安装光伏组件的建筑部位宜满足冬至日4h日照不受遮挡的要求”的相关规定，需要对高校建筑的阴影状况进行分析，根据调查显示，该高校的屋顶夏至日9－15h的阴影相对较为对称，屋顶的西部阴影相对严重，并且经过太阳辐射分析之后，初步认为不适合安装光伏组件。

2．2 选择光伏组件

光伏组件是光伏组件的选择应该满足以下几个要求:其一，尺寸与性状，根据高校建筑的具体状况，选择不同尺寸和形状的光伏组件，以此满足建筑个性化、多样化的实际需求;其二，透光率，当建筑和光伏组件集成使用时，例如光电采光顶和光电幕墙，通常需要对光伏组件的透光性具有一定的要求，主要是要求对于自身不透光的晶体硅太阳能电池涞水，在制作的过程中采用双层玻璃封装，还可以通过调节电池片之间的空隙，以此调整光伏组件的透光量;其三，抗变形能力与强度，光伏组件和建筑集成使用时，光伏组件作为一种建筑材料，可以当做建筑幕墙使用，因此其强度以及抗变形能力应该满足学校建筑的可靠性以及安全性的要求，例如光伏组件的玻璃应该具有一定的抗风能力，需要进行加厚处理;其四，质感与颜色，光伏组件通常都安装在建筑外部，因此光伏组件的颜色和质感应该和学校的建筑整体相协调。

2．3 光伏建筑一体化排布

光伏组价的排布应该根据，太阳辐射以及阴影的动向进行，尽可能的降低阴影对光伏组件排布的影响，以此降低光伏组件的荷载，保证其能够应对更多极端的天气状况，更好的发挥在高校中的作用。该高校的光伏建筑一体化排布主要包括以下几个方面:

(1)光伏遮阳板。通过分析当地气候条件，在节能设计的基础上，将遮阳板应用在光伏建筑一体化设计中，在遮阳板上结合太阳能电池，该种形式是艺术、功能与新能源的结合，但是缺陷在于颜色方面有所缺失。

(2)光伏幕墙。该高校的光伏幕墙采用了双玻璃光伏组件，厚度为6mm+2mm+6mm，最大组件的尺寸表现为1160mm×2460mm，面积为2．85平方米，该种结构形式为外循环双层幕墙。内层为铝板幕墙，能够很好的将雨水以及热量阻挡在墙体之外，外层为开放式光伏幕墙，光伏组件为了保持空气流通，降低电池片的温度，提高光伏幕墙的发电率，光伏组件空隙间不能打胶。该种光伏幕墙形式将内层铝板幕墙和开放式幕墙完美的结合，避免了两者的缺陷，集合了两者的优势。

(3)电子树。海口城市的气温相对较高，遮阳是非常广泛的需求，以钢结构模仿树枝的形态支撑顶棚，在顶棚采用太阳能电池板，形成电子书，这种独特的电子书光伏建筑，不仅能够为校园提供遮阳的地方，并为学校提供相应的电能，同时这种在阳光下光影斑驳的电子书，还为学校增添了一道靓丽的风景线。

3 结束语

总而言之，颜色单一、不透光的光伏电池和建筑集合形成的光伏建筑一体化，是一种能源技术和艺术的有机结合，通过将光伏建筑一体化应用在高校中，不仅能够起到节能环保的作用，还能够为学校提供清洁的电能以及增添风景的作用。因此，光伏建筑一体化在高校以及其他地区具有良好的社会效益和经济效益，具有非常广泛的应用前景。

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