太阳能光伏发电技术对建筑电气设计的影响

董道臣 羲和电力有限公司

1 前言

社会在不断发展的过程中，必然要消耗许多资源和能源，这就使得能利用的有效资源在逐渐的减少，而这种资源、能源紧张的问题，也是现阶段各行各业想要持续发展所面临的难题。而现阶段我国的建筑行业中的电气设计已经能利用现代化科技取代以往的传统模式，其中太阳能光伏发电技术的应用效果比较好。其应用不但能提高电气设计的水平，还能逐渐缓解我国资源、能源紧张的现状。

2 概述太阳能光伏建筑

在太阳能发电理论的基础之上，我们发现光伏建筑一体化实际上也是其中的新型理论之一，通过光伏建筑一体化的形式，在建筑围护结构的表面来安装太阳能光伏发电方阵，这就能使电力资源得到保证，同时，这样的形式，也会节约许多占地空间，使建筑用地的利用率不断提高。通过这样的形式，我们能够充分的了解到太阳能光伏发电技术对建筑电气设计的深远影响。

3 太阳能光伏发电技术应用的优势

太阳能光伏建筑一体化是新型的绿色能源，也是可再生能源，在对其进行开发和应用的过程中，还能保障不产生污染，无形当中也是保护了生态环境。光伏阵列安装在外墙、屋顶，这就节约了许多建筑用地。太阳能和建筑的结构相对而言比较协调，从构造上来分析也是相对比较合理的，这样就能使建筑艺术形象更加良好，而建筑的外观看起来也更加具有魅力。在这样的情形下，太阳能建筑结构一体化，既能应用于发电，又能直接的作为建筑和装饰的材料，使资源的利用率能得到大大提高。除此之外，应用太阳能光伏发电技术既能节约建设的部分费用，还能给建筑增加一点科技含量。

4 太阳能光伏建筑在应用中遵循的主要原则

在光伏建筑应用的过程当中，实际上也是美学与科学技术不断融合的重要过程，因此想要是光伏应用的更加高效，就要考虑到诸、因素，其中主要包含了气候、负载以及太阳能倾斜角度以及光伏元件等各个方面，而除了上述这些条件之外，在美学的设计上，也有着很重要的要求，一定要是设计保持好建筑文化的相应的特征，并且不断增强其建筑的功能性。通过这样一个方式能够使其经济性得到充分的发挥，使光伏建筑一体化的总体原则得到遵循。下面是笔者概括的影响光伏建筑一体化的重要因素。

（1）太阳能电池板的倾斜角度上的问题：电池板倾斜角度的问题想要得到有效的解决，实际上就是要处理好建筑所在地的地形、气候以及辐射的情况，只有对这些情况进行仔细的研究和分析，才能使太阳能电池板倾斜角度设计的更好的科学、合理。

（2）电学的性能：通常情况下，建筑的外墙在设计的时候，由于组成平面大小上存在着差异，也就会使组件之间的电压难以匹配，这种情况下，就要将建筑外的平面进行组件特征的统一，或者在不同的区域应用不同的电池片，也能使组件之间的电压保持平稳运行。

（3）太阳能电池板的能耗问题：在实际的应用过程中，电池板自身也需要一定的能耗，而其能源的消耗与输出的电能成反比，也就是说，电池板自身消耗的能源越多，其输出的电能就越少，因此在设计过程中，还需要考虑到电池板的能源消耗，只有将其消耗的能源控制在最小，才能使太阳能电池板发挥出更大的作用。

（4）周边的环境：在应用的过程中，环境问题也是需要考虑的重要因素之一，而考虑的重点，则是在平均温度、平均湿度、电网之间的距离、有无建筑物的遮挡等，只有将这些环境问题进行全面的分析后，才能使太阳能光伏发电技术受环境的影响逐渐降低。

（5）太阳能负载用电情况：在应用中，电池板规格和数量往往取决于太阳能负载用电的大小。像用来通信的建筑物，用电量的波动不会很大，而像民用的住宅，电量的变化波动就会比较大，因此在进行规格和数量的选择时，一定要考虑到具体的情况。

（6）外观上的问题：从光影的效果上来看，目前高层建筑所使用的幕墙外墙都是玻璃幕墙，而选择比较多的就是钢化玻璃，选择这样的玻璃通常情况下能够阻挡一些视线，但是这种材料它的透光性相对比较差，而在许多高层建筑当中都是属于观光性质的，而这样就会对于光线的要求更加的严格。因此在实际的设计过程当中，就要采用双面玻璃的光伏组件。这样一来，不但能够使采光性能得到保证，还能够节约一定的成本，给企业带来理想的经济效益。除此之外，接线盒的摆放位置上也是应用中需要关注的因素之一，如果建筑物和光伏组件之间存在的缝隙比较大，就会给人感到不协调的感受，而如果不放置接线盒，就没有办法对其进行保护。因此，一定要在其保护的同时，还要严格的控制其缝隙，可以将建筑物直接埋藏在墙体当中，而采用这一方式，还有一个注意事项，就是要采取防晒和防水的措施，只有这样才能够保证其安全性。

5 太阳能光伏建筑一体化设计的重点

在光伏建筑这一概念上，能够总结出光伏建筑实际上也是零能耗建筑的一种方式，因为其建筑具有复杂性和完整性，所以在将太阳能技术融入到建筑设计上的同时，还要使建筑所特有的特征得以保持，这就使太阳能光伏建筑一体化概念应运而生，在应用的过程中，可以将太阳能光伏建筑一体划分为两大类别，第一类当然是光伏发电和建筑的结合，而另外一种方式是光伏方阵与建筑的集成。但无论是哪一类别，在实际的设计过程当中，需要考虑的要素也非常多。从整体的结构安全性和构造上来讲，主要涉及到两大方面，第一个方面就是组件自身的结构安全，通常情况下，许多高层的建筑在屋顶上的风荷载一定会比地面大很多，这样的情况下，普通的光伏组件的强度可能会达不到要求，在风荷载的作用下，电池板的正常运转一定会受到不同程度的影响；第二个方面是在固定组件的连接方式上，在应用中，我们不难发现，组件的安装固定并不是简单的机械安装，而是要将连接点进行固定，还要有准确的结构计算，考虑到在使用的期间内，会有很多不确定的影响因素，通常建筑物的寿命要比光伏组件的寿命高出将近30年，这就促使种结构性的安全问题更加的突出，而这种构造设计，关系到光伏组件正常工作运转。当这种光伏组件与建筑集成应用上，光伏组件是一种新型的建筑材料，可以将其应用在幕墙或者采光的屋顶上，这样就能够使建筑的安全性和可靠性得到保障，而光伏组件的玻璃在一定的基础之上还要进行增厚的设计，除此之外，光伏组件还需具有一定的韧性，这样才能够使风荷载作用过程当中，变形也不会影响到组件的正常工作。

在光伏方阵和组件的设计上，影响光伏发电主要有两方面因素，第一，是光伏组件接受到太阳能的影响，第二个方面则是光伏组件本身性能的影响。影响太阳辐射量的因素有很多，像地理位置、海拔和大气状况等等，而在一年当中也会有着很明显的变化，当这种太阳辐射到达地面的比例，也会直接影响太阳能的发电，而这种因素对于建筑物而言，当然是客观因素，没有办法主动来进行选择。但光伏组件自身而言，其光伏方阵的倾斜角度和表面的清洁程度，以及工作环境和电池的转化率，都是能够在设计过程当中能够考虑到的，也就是说对于具体的建筑而言，光伏组件的结构或者集成的屋顶所能够接受到的太阳辐射在设计过程当中是一定的，而想要使太阳能获得更多方阵，在布置上就需要将其设置在太阳光入射的地方来。

6 结束语

综上所述，在太阳能光伏发电技术在建筑中的应用越来越广泛，能看出利用太阳能光伏发电技术也有很多优点，这种技术在外围结构的安装应用上，能吸收太阳能，并将其直接转换成电能，在节约能源的同时，空气质量还能得到保证。除此之外，在光伏建筑一体化中，由于光伏列阵在安装上更加方便，太阳能光伏发电技术的发展前景十分良好。