太阳能光伏发电技术在节能建筑中的应用与建议

王馨悦

摘 要：建筑能耗的关注度逐渐增加，节能建筑的发展逐渐加快，光伏发电技术作为建筑节能的重要组成部分，正成为一项研究热点。本文介绍了光伏节能建筑的发展，分析了光伏发电技术在节能建筑中的应用，并为今后光伏建筑一体化发展提供了建议。

关键词：太阳能；光伏发电；建筑节能

中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0015-01

近年来，随着人口数量的增长以及城市化进程的加快，国内的建筑面积也在不断增大，建筑耗能的不断增长也成为一个不可忽视的问题。我国建筑行业正处于高速发展期，每年建成的房屋面积近20亿平方米，97%以上是高能耗建筑。以如此建设增速，预计到2020年，全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。据统计，我国建筑能耗占全社会终端能耗总量的三分之一，如果不开始注重建筑节能，将直接加剧能源危机。因而，从建筑入手，进行节能减排，已经是迫在眉睫的事情了。

在目前的各种建筑节能措施中，利用太阳能是最经济、清洁和安全的。“十三五”期间，政府发布建筑节能与绿色建筑发展规划，提倡通过利用太阳能等新能源解决资源短缺、污染物排放量大的问题。太阳能可以通过光-光、光-电、光-热等转化形式为我们提供光能、热能、电能。其中，将太阳能光伏发电技术与建筑完美结合即使光伏建筑一体化。光伏发电技术利用了半导体的特殊结构，将光能直接转化为电能，同时光伏发电系统的太阳能电池还可以与建筑材料结合，起到装饰、保护和发电的多种作用，因而有着很好的发展前景。

1 光伏节能建筑的发展情况

在国外，对于光伏建筑一体化的研究已有很长时间。1990年，德国首先开始实施“一千屋顶计划”，将光伏发电组件推广到私人住宅的屋顶上；1997年6月26日美国开始实施“百万太阳能屋顶”计划，到2010年要在全国范围内的住宅、商业建筑、学校等建筑楼上安装100万套太阳能系统，其中包括光伏发电系统。至今，欧洲的节能建筑已经很普遍：虽然每栋节能建筑造价会比普通建筑高出3%，但是往后每年的运营费会下降60%，无论是从节能方面还是从经济方面，不但吸引居民入住，也真正发挥了节能建筑的作用[1]。

在国内，节能建筑的发展也引起了极大重视。近年来，政府多次强调绿色节能建筑，发布节能指标。“九五”期间，我国就已经在深圳、北京分别建成光伏发电屋顶并实现并网发电。现今，更多节能建筑的出现，起到了很好的示范作用。如清华大学的超低能耗建筑示范楼，其中应用了光伏发电技术，将玻璃换成了光电材料，同时起到防护与发电的作用，同时利用蓄电池，将白天通过太阳能转化的电能收集起来，在夜晚用于照明。国内的光伏节能建筑的普及性还不够理想，并且由于其初期成本高，会受到光照角度、光强、粉尘等因素影响，因而国内的光伏节能建筑还在发展过程中。

2 光伏发电技术在节能建筑中的应用

光伏发电技术的应用需要建筑设计深入的配合，因而在建筑设计的初期就应该纳入设计考虑范畴。想要在节能建筑汇中完美的应用光伏发电技术，必须考虑到当地的气候条件，太阳照射角度，负载水平，光伏元件等诸多因素，在满足上述因素之外，还需要考虑光伏材料与建筑结构各部分的整体性和美观性[2]。

2.1 建筑外观的设计

光伏组件的颜色与质感要与整座建筑协调，更可以运用光伏电池的颜色使建筑外形更加美观，为其市场价值带来有利的影响。如单晶硅通常呈深色或黑色；多晶硅通常呈现蓝色，可以通过控制电池表面氮化硅反射膜的厚度调成绿色、黄色等彩色，从而可以形成砖的纹理效果，大大增强建筑的视觉美感。当光伏组件与建筑结合使用时，某些特定建筑对光伏组件的透光率有一定要求。由于晶体硅电池板本身不透光的性质，可以利用双层玻璃封装，通过调整电池片之间的空隙来调整透光率。

如果光伏电池作为建筑材料与建筑结合，可以通过建筑的结构设计来提高太阳能电池板的工作效率。如迪拜的垂直农场，底部覆盖太阳能电池板，塔楼采用呈对角线的平板形，以减少下面的阳光渗透，可以使底部的太阳能电池板接收更多的太阳能。

2.2 太阳能电池板的设计

太阳能电池板在设计中首先要考虑太阳能利用的最大化，也就是吸收最多的太阳能照射。太阳能电池板的电流与光强成正比，透光率越低，发电效率越差。为使其获得更多太阳能，增大发电效率，要根据一天中太阳高度的变化、四季中太阳高度的变化来调整光伏电池的倾斜角度。

光影遮挡也是设计中需要考虑的重要因素。如果间距安排过宽，就会浪费空间资源，如果间距安排过窄，会导致光光影遮挡，使电池板效率降低。对于光伏阵列，当光阴遮挡比例达到13%时，组件的功率损失会达到44%；当阴影遮盖达到一半时，光伏发电效率将降低到原来的1%。为解决这一问题，可以运用横向排布光伏阵列的方式，降低光阴遮挡对光伏电池发电功率的影响。粉尘以及积灰也会影响太阳能电池板接受太阳光照的效率，进而影响透光率。为解决此问题，可通过设置传感器的方式加强监控，并及时进行电池板的清洁。

此外，太阳能电池板的材料也是影响发电效率的因素。太阳能电池板的原料大部分是单晶硅或多晶硅，但其对光线要求高，受到光影遮挡后发电效率下降极快，在许多太阳能辐射低的地区难以使用。而非晶硅对光线要求低，利于吸收散射光线，可以在太阳照射强度小的地区使用。非晶硅的成本低，更利于大规模生产，有很大的发展潜力。但由于其光电效率衰退的性质，如今非晶硅太阳能电池板的应用并没有单晶硅和多晶硅的应用广泛，但如果可以解决非晶硅这一缺点，那么非晶硅光伏电池将成为主要的光伏发电组成部分[3]。

3 对于光伏发电技术在节能建筑应用的建议

（1）加大光伏节能建筑的推广。在建筑设计初期就考虑光伏发电等节能措施。对于已建成的建筑，也可以安装太阳能系统，如光伏发电组件和太阳能集成器，以降低建筑能耗。（2）提高光伏节能建筑的设计水平，形成系统的设计规范。在设计过程中要要结合真实情况进行设计，充分考虑当地环境因素，因地制宜才不会影响实际应用。（3）研发新型材料，实现光电电池更有机地与建筑结合。如用可桡性树脂材料为基地的大面积柔软薄膜电池组件可以随意剪裁成任意尺寸，铺设于各种建筑屋顶。（4）光伏发电系统的初期成本高，需要国家的政策以及财政支持，通过给使用节能建筑的居民补贴，鼓励居民入住节能建筑等方式进行政策性引导。（5）将互联网与节能建筑联系起来，跟上互联网+的时代潮流。及时将节能建筑中设施的数据上传网络，随时监控调整，保证设施的安全和工作效率，如设施出了问题，可以及时通过互联网得知并联系维修人员上门服务；居民也可以通过互联网随时调控设施，如控制加热器、空调等，由而发展互联网+节能建筑的产业链。

4 结语

建筑能耗在总能耗中的比重近三分之一，因而从建筑节能入手进行节能减排有着重要的意义。太阳能作为一种清洁、安全、取之不尽的可再生能源，对于城市及乡村建筑都有很高的利用价值。光伏节能建筑的产生和发展不仅对于建筑设计有着重要的创新推动，而且对于缓解能源紧缺，减少环境污染都有重要的促进作用。中国已经开始重视光伏发电技术及其他新型节能方式在建筑上的应用和发展，相信在不远的将来，节能建筑必定会在建筑中占据一席之地，节能建筑的发展未来可期。

参考文献

[1]中国城市科学研究会，主编.中国绿色建筑2016[M].北京：建筑工業出版社出版，2016.

[2]薛一冰，杨倩苗，王崇杰，等编著.建筑太阳能利用技术[M].中国建材工业出版社，2014.

[3]李英姿，编著.光伏建筑一体化工程设计与应用[M].中国电力出版社，2016.endprint