太阳能光伏发电与建筑一体化应用及分析_何红胜

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太阳能光伏发电与

建筑一体化应用及分析

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何红胜刘峥嵘

刘汉彪

摘要：太阳能光伏发电技术作为一种新型清洁能源技术，是可再生能源综合利用的重要内容，光电建筑一体化作为其在城镇发展的最佳形式，应得到大力推广和应用。文章分析了太阳能光伏发电技术原理、发电系统组成、分类、应用现状和光电建筑一体化的概念、特点、实施形式，并结合典型项目，阐述了光伏建筑一体化的具体应用、经济效益和社会效益及发展前景。关键词：太阳能；光伏建筑一体化；应用

能源的潜在危机和生态的不断恶化，使世界各国积极致力于开发包括太阳太阳能是目前已知能在内的可再生能源。

最丰富的一种清洁能源，开发利用太阳能，大力发展光伏发电有利于节约能源、保护环境，其中光电建筑一体化因其独有的特点，近年来越来越受到各国政府的重视，成为了新能源发展的新方向。

⒈太阳能光伏发电技术原理太阳能光伏发电的主要媒介是太阳能电池，即光伏电池。太阳能电池将光能转变为电能的基本原理是：太阳能电池吸收一定能量的光子后，半导体内“光生载流子”，两产生一空穴对，称为者的电性相反，电子带负电，空穴带正电；电性相反的光生载流子被半导体Ｐ－Ｎ结所产生的静电场分离开；光生载流子电子和空穴分别被太阳能电池的正、负极所收集，并在外电路中产生电流，从而获得电能。

（１）太阳能光伏发电系统组成。太阳能光伏发电系统主要由太阳能电池方阵、控制器、逆变器和蓄电池组构成。

①太阳能电池方阵。太阳能电池一般为硅电池，分为单晶硅太阳能电池、

多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池三种。②控制器。控制器对整个系统实施过程控制，并对蓄电池起到过充电过放电保护的作用。在温差较大保护、

的地方，控制器还应具备温度补偿的功能。③逆变器。由于太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，逆变器是将直流电转化为交流电的必可不可少的设备。逆变器按运行方式，分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电；并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。④蓄电池组。由于日照的不恒定性，在光伏发电系统中，蓄电池对系统产生的电能起着存储和调节作用。它将直流电能转换为化学能存储起来，需要时再把化学能转换为电能释放出来供负载使用。

（２）太阳能光伏发电系统分类。太阳能光伏发电系统可分为独立系统、并网系统和混合系统３大类。独立系统是将入射的太阳能直接转换为电能，不与公共电网连接；并网系统是指与交流电网连接的光伏发电系统；混合系统则兼有两种以上能源类型。

（３）太阳能光伏发电系统应用现状。中国是光伏产业大国，中国光伏企业生产的太阳电池占据全球市场份额但国产太阳电池约９８％出口，５０％以上。

销往国内市场仅占很小一部分。目前，国内光伏系统的应用还处在起步步阶我国开始大力推进光伏发段。２００９年，

电项目的实施，通过采取特许权招标方式，推动光伏电站建设。同时，“金太阳”工程和光电建筑示范项目也开始启动，国家对光伏发电系统给予政策性补贴。截至２０１１年１２月末，国家公布的光电“金太建筑示范项目约为３０万千Ｗ，阳”工程约为１１７万千Ｗ。在这些光伏发电项目中，建在城镇建筑物屋顶的光伏发电项目最为常见。

⒉太阳能光伏发电与建筑一体化（１）光伏建筑一体化概念。光伏建筑一体化就是指在建筑设计初期，将新型太阳能光伏技术融入到建筑设计中，使之成为建筑的一个有机组成部分，统一设计、施工、调试，统一验收，同步使用。在设计时不仅要保证建筑的美学特性，还要保证太阳能光伏技术的可用性。同时，为达到一体化的目标，在设计时，还要注意技术与美学

作者简介：何红胜，扬州集福新能源科技有限公司，总工程师；研究方向：光伏建筑一体化。刘峥嵘，扬州集福新能源科技有限公司，技术部经理；研究方向：光伏建筑一体化。刘汉彪，扬州集福新能源科技有限公司，总经理；研究方向：光伏建筑一体化。

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的和谐统一，真正做到建筑设计与光伏发电融为一体。

（２）光伏建筑一体化的特点和优点。①产生的是绿色、清洁能源。光伏建筑一体化发电是通过安装在建筑物上的太阳能电池方阵将太阳能转化为电能的，是一种清洁能源，无污染，不会对生态环境产生不利影响，它不会像火力发电产生空气污染和废渣污染，可以说是真正的绿色能源。同时它也是一种“取之不尽，用之不竭”的可再生能源。

②节省占地面积。光伏建筑一体化的光伏阵列通常选择安装在建筑物顶部或外侧墙面，不需要另外占用宝贵的土地资源，这对用地紧张的城镇来说十分重要。光伏构件可以作为墙体或屋顶的一部分，这既节省了建筑材料又减少了光伏系统本身的占地面积。

③减少投资。通过太阳能光伏建筑一体化发电产生的电能可直接使用或接入电网，如采用独立系统，建筑物可实现能源的自给自足，这减少了远距离送电过程中的能量损失，并且可以缓解用电高峰期的供电紧张现象。同时，原地发电、原地供电的优点节省了电站对送电网的投资。如采用并入公共电网系统，就省去了蓄电池的开支，同时也摆脱了受制于蓄电池荷电状态限制的德问题。

④起到建筑节能作用。由于光伏建筑一体化中，光伏阵列一半被安装在建筑物屋顶部或外墙立面，这些光伏阵列就会大幅吸收入射阳光，从而降低了建筑物周围的温度和墙体本身的温度，这样也会提高室内空调制冷效率，对建筑节能起到一定的作用。

（３）光伏建筑一体化的形式。根据光伏方阵与建筑结合的方式不同，光伏建筑一体化可分为以下两种形式。

①建筑与光伏阵列结合。这种方式是通过固定装置将光伏阵列安装在建筑物上，建筑物作为支撑物，充当了光伏阵列的载体。实践中一般是把组装好

的的光伏阵列通过钢结构或木结构框架固定在建筑物的屋顶或外墙侧面，然后再相关装置相联。

②建筑与光伏阵列集成。这种方式是通过高科技手段或技术，使光伏阵列与建筑材料集成化，形成一种新型建筑材料。这种新型集成化的建筑材料兼具了建材和发电的功能，可以说是物尽其外墙美。它可以应用在建筑物的屋顶、和窗户等部位。

相比较以上两种方式，建筑与光伏阵列的结合方式是目前比较常用的形式，特别是与建筑屋面的结合，由于光伏组件与建筑的结合节省地面和空间，因而成了光伏建筑一体化广泛的应用形式，备受推崇。建筑与光付阵列的集成是ＢＩＰＶ的一种高级形式，它对光伏组件的要求较高，整体成本也较高。

（４）光伏建筑一体化应用典型案例分析。

项目名称：呼和浩特香岛生态农庄２ＭＷ国家金太阳示范工程。

项目总承包单位：扬州集福新能源科技有限公司。

项目地自然条件：太阳辐照量５９１９．７０ＭＪ／ｍ２．ａ，年日照２６８０ｈ。

项目简况：该项目是国家的光伏发电金太阳工程示范项目，也是内蒙古自治区的光伏农业示范项目。项目装机容量为２０１６ＫＷＰ，年发电量为３２５万ＫＷＰ，工程建筑规模为２ＭＷＰ，总投资９１４４．９９万元。该项目已获得国家财政部和国家能源局以及内蒙古发展和改革委员会核准批复，并获得国家财政２９００万元的金太阳工程补贴。

具体应用分析：项目地的自然条件非常适合太阳能光伏发电系统的运行，该项目采用光伏系统与建筑结合形式，即利用香岛生态农庄已建成的或待建的６０户温室大棚和配套生产生活设施屋顶空间搭建轻钢框架结构，作为７０００组（２８６ＷＰ／组）光伏组件的支撑架。发电系统采用混合系统，即部分采用独立系

统，部分采用并入公共电网。该项目在利用硅的光电效应发电的同时可提供３０℃的热水，通过热泵机组加温后可为本项目提供６０℃的卫生热水。整个系统由光伏电池，集热器，逆变器，控制柜等主要设备组成。

项目经济效益和社会效益：该项目实施后，香岛生态农庄的电力供应可实现自给自足，余量还可并入公共电网实现创收。同时光伏系统产生的光热可就地用于冬季种植及生活采暖和生活热水供应，将促成反季节种植及增产增值，年实现综合总收益１０００万元，年利该项目将为我国今润总额４３４．１６万元。

光热、建筑一体化起后大力发展光伏、到示范和积累经验的作用。

３．光伏建筑一体化的发展前景２０１３年１月国务院下发的《绿色建筑行动方案》明确指出“太阳能资源适宜地区应在２０１５年前出台太阳能光热建筑一体化的强制性推广政策及技术标准，研究完善建筑光伏发电上网政策，加快微电网技术研发和工程示范，稳步推进太阳能光伏在建筑上的应用。”

党的十八大提出的“新城镇化”战略将成为中国经济未来增长点，可以说，新城镇化是支持中国经济可持续发展的最大潜在内需和持久增长动力。要推进城镇化，就必然要兴建居民区、工业区、医院、学校等各种建筑，这就为高起点规划、实施光伏建筑一体化提供了基础条件。为光伏和建筑行业提供一个前所未有的发展机遇，相关从业人员应积极倡导在建筑领域中广泛应用光伏建筑一体化，为实现建筑节能和循环经济探索新路子。

参考文献

［１］王长贵，王斯成．太阳能光伏发电实用技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．［２］吴国楚．浅谈光伏建筑一体化［Ｊ］．青海科技，２０１１（１）．

（编辑姚鑫）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uw4i.html