光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究

蔡银龙

摘 要：21世纪是一个发展与危机并存的时代，大多数国家都处于经济高速发展期，可是随着经济的飞速发展，对能量的消耗也日益加剧，随着化石能源的大量消耗，当今世界面临着能源和环境的双重危机，作为不可再生资源，煤炭、石油等化石能源的全球储备在急剧下降，经济成本在飞速上升，而环境也在遭受着严重的破坏。在所有能源消耗项目中，建筑消耗所占比重最大，本文介绍了光伏发电系统在绿色建筑中的应用及其节能研究。

关键词：光伏发电系统 绿色建筑 节能

中图分类号：TU201 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0128-01

近几十年来，随着传统能源的日益消耗和污染加剧，为了保证社会与经济的可持续建设与发展，世界各国都在寻找新的能源，于是，储量无限、干净无污染、取用方便的太阳能进入了人们的视线，光伏产业进入高速发展期，并成为能源发展的必然趋势。

1 光伏发电系统和绿色建筑

1.1 光伏发电系统

光伏发电系统是把太阳能转化为电能的系统，是人类对太阳能这种储量无限、干净无污染、取用方便的新型能源的有效利用，光伏发电系统的组成包括：太阳能电池板、蓄电池、太阳能控制器、逆变器。

（1）太阳能电池板：光伏发电系统的光伏转换装置，把光能转变成电能。（2）蓄电池：光伏发电系统的电能储存装置，把太阳能电池板转化的电能储存起来。（3）太阳能控制器：光伏发电系统的控制保护装置，对系统的开关进行控制，对蓄电池的充电放电进行保护。（4）逆变器：光伏发电系统的电能转化装置，把蓄电池里输出的直流电转化成普遍使用的交流电，如转换成220 V、110 V交流电。

1.2 绿色建筑

绿色建筑指的是在建筑的使用寿命内，合理利用资源，保护环境，减少污染，响应时代和谐、可持续发展的主题，即节省能源、节约资源、回归自然。

（1）节省能源：对太阳能这种新兴能源进行合理利用，即把光伏发电系统应用在建筑中。（2）节约资源：在建筑中需要用到的资源包括土地资源、水资源和建材资源，通过合理设计节约土地资源，通过减少装修节约建材资源，通过合理用水节省水资源。（3）回归自然：建筑外观和色调与自然和谐统一，建筑系统合理高效，内部装修材料绿色无害。

2 光伏发电系统在绿色建筑中的应用

2.1 光伏发电系统在绿色建筑外墙体中的应用

建筑的外墙体是和太阳光接触面积最广的，尤其是在高层建筑中，而大多数建筑为了保证美观，外墙体材料采用的是玻璃幕墙，只具有围护和装饰的功能，可以把光伏发电系统的太阳能电池板制成玻璃样式，即保证了玻璃幕墙的原有功能，又能够对太阳能进行合理采集。太阳能电池板在建筑外墙体应用时，需要注意透明度的问题，保证建筑内光线充足；需要注意倾斜角的问题，根据建筑的南北朝向保证电池板在太阳升起落下时都能够充分吸收到太阳能。

2.2 光伏发电系统在绿色建筑屋顶中的应用

大部分的建筑屋顶都没有得到充分的利用，作为绿色建筑，要把屋顶充分利用起来，因为地理优势，屋顶设置太阳能电池板时就不需要考虑遮挡和角度的问题了，装置起来没有外墙体那么麻烦，同时还可以作为通风管道的隔热层和顶层建筑的遮阳板。太阳能电池板在建筑屋顶应用时，需要考虑雨雪天气对雨、雪、冰雹、雷电等自然灾害的防护问题，对于雨雪的堆积，可以采取设计屋顶倾角的方式解决，既增加了屋顶的观赏性，摆脱了传统的平底、角顶的样式，又解决了雨雪的堆积问题。电池板可以选用具有一定强度的材料生产，抵挡强度不大的冰雹，并做好防雷措施，避免雷电灾害造成太阳能电池板的损害。

2.3 光伏发电系统在绿色建筑天窗中的应用

天窗在建筑中的主要作用有两个：一个是采光；另一个是防止局部露天建筑受到阳光直射。在天窗中应用太阳能电池板，不仅能够起到采光和遮阳的效果，而且还能够利用收集到的太阳能，为建筑提供照明电力。太阳能电池板在建筑天窗应用时，需要考虑采光率，可以设计成井格型利用折射原理进行立体采光，同时在设计天窗的倾斜角度时，同样需要考虑到防雨雪堆积的问题。

2.4 光伏发电系统在绿色建筑其它建筑元素中的应用

太阳能电池板完全可以用在遮阳板、遮雨板和窗户玻璃等建筑元素中去，可以把不透明的太阳能电池板作为遮阳板，同时用太阳能电池板代替窗户的遮雨棚，这样不仅满足了遮阳避雨的需求，还对太阳能进行了有效采集。太阳能电池板在建筑元素中应用时，都需要充分的考虑防雨雪堆积、防火、防雷、防撞击等问题。

3 光伏发电系统在绿色建筑中的节能分析

3.1 节能效果

绿色建筑中使用了光伏发电系统，节能效果是十分显著的，最直接的效果就是充分的吸收了太阳能，为建筑提供了大量的电力供应，节省了建筑的电网供电。其次，太阳能电池板用作遮阳板和天窗等，不仅具有原有的功能，而且由于其能够对太阳光辐射进行吸收，导致它的隔热效果更强，降低了炎夏天气建筑内部的气温，减少了空调制冷的负荷，间接的节省了能源的消耗，尤其是建筑对电工供电需求降低了，我国的电网供电以火电厂发电为主，这就相当于降低了煤炭资源的消耗，减少了废气排放，降低了对环境的污染。

3.2 节能经济效益

光伏发电系统的特点是，安装成本高，运营成本低，即一次消费，长久享受。比如，在建筑中安装一个400 kW的光伏发电系统，一年可发电约400000 kW·h（千瓦时），整个系统的材料费、安装费、人工费等合计需要约400万，目前我国商业用电为1.5元/kW·h，相当于一年节省了约60万元，只需要不到7年即可收回成本，而光伏发电系统的使用寿命是25年，这就意味着，在未来的18年里，光伏发电系统会为公司企业节省了1080万元的电费，去除日常维护和维修，也约有近900万的经济效益。

4 结语

综上所述，光伏发电系统在建筑中的使用是十分有必要，也是十分有意义和经济价值的，同时光伏发电系统对于打造绿色建筑起到了十分重要的作用。当今我国各多层、高层建筑，应该加快对光伏发电系统应用的改造进度，早日实现节能减排的世界性战略目标。

参考文献

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