摘要：本文介紹了光伏發電系統，闡述建筑與光伏發電一體化系統的基本原理，著重分析了光伏發電與建筑屋面、墻面、透光構件、幕墻、遮陽構件等組成部分的一體化設計原則。

　　關鍵詞：光伏發電;建筑;一體化;設計

　　Abstract: This paper introduces the photovoltaic power generation system, expounds the basic principles of the construction and photovoltaic energy integration system, focusing on the analysis of the integration design principle of (pv) power and building roof, metope, pervious to light component, curtain wall, sunshade component.

　　Key words: photovoltaic power; architecture; integration; design

　　中圖分類號：TM6 文獻標識碼：A 文章編號：

　　建筑作為人類日常生活必需的生存空間，每年消耗著大量的能源，約占一個國家總能耗的40%左右。特別是在一些嚴寒地區，城鎮建筑能耗竟高達當地能源消費的50%左右1。開發各種新能源也成為人們考慮的重點，其中最重要的方法就是利用太陽能這一古老而永不枯竭的能源，太陽能光伏發電技術與建筑有機結合，降低對傳統能源的依賴是今后一個階段建筑設計的發展方向之一。

　　1.光伏發電系統

　　1.1太陽能電池的工作原理

　　太陽能發電有很多種方式其中大多數方法是通過將太陽能轉化為熱能，利用熱能進行發電。光伏發電是比較直接的一種形式，它主要是利用一些材料受到光照后產生電流的物理原理，將這些材料制成發電原件的技術，這種技術可以將陽光直接轉換為電能，使用更加便利，應用更加廣泛，近些年得到了極大的發展。

　　1.2光伏發電系統的種類

　　太陽能光伏發電系統分為獨立式太陽能發電系統和并網式發電系統。獨立式太陽能發電系統，具有自己獨立的蓄電系統，白天將多余的電能存儲到蓄電池中，在夜晚或陰雨天電量少的時候從蓄電池中在提取電能，它的特點是獨立性強適合沒有電網的地區使用;并網式太陽能發電系統不同于獨立系統，它并聯入到電網中，白天發電時將電能輸送到電網系統中，將電網作為蓄電池，在需要時候在從電網中提取電能，它的特點是無需蓄電系統，但是需要電網支持。

　　1.3光伏發電的優勢

　　光伏發電在使用過程中具有很多優勢，首先在使用過程中不產生任何污染，沒有噪聲，沒有次生產物，且其產生的電能為高品位能源，不需二次轉化，維護其運行的成本較低，不需要進行二次追加投入，是一種理想的情節能源。

　　2.建筑與光伏發電一體化系統

　　光伏發電為建筑提供能源的方式很多，目前使用量最大的是在遠離城市的沙漠地區建立大型的光伏發電廠，再過高壓輸電技術將電能輸送到用戶，這種方式在輸電過程中會造成大量的電能損失;還有一種形式是在能源負荷中心附近建立大型光伏發電廠，再通過電網將電能輸送到用戶，但能源負荷中心往往是經濟中心，用地成本較高;于是目前催生出一種新的光伏發電應用形式,將光伏發電原件直接裝在建筑的屋頂或墻面上，利用建筑作為光伏發電板的安裝場所，在這種情況下，建筑光電一體式系統就應運而生，簡稱BIPV。

　　2.1太陽能電池板

　　太陽能電池板根據材料不同有很多種類，如多晶硅電池板，單晶硅電池板以及非晶硅和薄膜電池板。以單晶硅電池板發電效率最高，造價也最為昂貴，目前使用量最大的是多晶硅電池板。

　　2.2電池板板的安裝朝向和傾角

　　太陽的運行軌跡每天和每時都有所不同，獲得最多太陽能的方法是是使太陽能電池板永遠與太陽光線保持垂直，但是這就需要有雙軸跟蹤系統，造價高，且構造復雜，一般情況下不采用這種形式。

　　目前我國太陽能發電板的安裝方向通常采用正南方向，傾斜角度通常為春秋分節氣正午時分的太陽高度角的互余角，這樣可以使光電板在全年獲得最大的能量，當然主要朝向可以根據具體情況進行調整，有時甚至可以安裝在東西墻上。

　　3.光伏發電與建筑一體化的做法

　　3.1用光電設備作屋面板

　　屋面是光電板最理想的建筑一體化安裝部位，坡屋面那是最為理想的光電板安裝界面，坡屋面本身就為光電板提供了理想的傾斜角度，使其能夠獲得最大的能量，另外傾斜的屋面角度還可以防止冬季積雪。由于光電板在工作時其背面會產生較多熱量，當光電板與屋面進行一體設計時要考慮到這種情況，在光電板與屋面之間設置空氣層或太陽能熱水系統給光電板降溫。

　　平屋面安裝發電板，需要進行一些構造設計來實現光電板的理想傾角，一般情況下是采用一些角鋼支撐，但是這種情況下光電板與建筑一體化的效果比較差，不是理想的光電與建筑一體化設計方法。

　　3.2用光電設備作建筑立面

　　建筑立面也是光電板的理想安裝界面，安裝時以南立面為主，北方地區南向墻面全年可以獲得40%~50%的太陽能，東西向也可以作為安裝立面，在全年東西向墻面也可以獲得20%~30%的太陽能輻射。需要注意的是在遮擋較為嚴重的立面不適合安裝太陽能光電板，陰影會遮擋掉大部分太陽能輻射。

　　3.3透明構件光電板

　　隨著光伏產業的發展已經出現透明光電構件，一種是半透明狀的，類似茶色玻璃，另一種是將光電元件排列成具有花格的圖案，花格之間是透明材料，形成斑駁的光影效果。這兩種材料都有透光性能，但透光量都較為有限，因此如采光要求高的情況下不易使用，或者大面積使用獲得較好的采光效果和發電效果。目前在很多建筑的中庭空間都在使用，創造出一種光影豐富的效果。

　　3.4光電幕墻

　　光電幕墻是一種新型的光電材料，它集發電與裝飾為一體，能夠很好的與建筑融合。它主要多個太陽能光電池經加固處理，鑲嵌在特殊的透明度極高的低鐵玻璃中，彼此之間經過其背面的導線相連，從而構成了一個整體的光電板。這種材料外表光潔，色彩明亮，節能效果明顯，此幕墻體現了智能化特點，把太陽能光電技術集成到幕墻中不占有建筑面積，且太陽能光電板優美的外觀，具有特殊的裝飾效果，更賦予建筑物鮮明的現代科技色彩。

　　3.5光電系統與遮陽設備

　　建筑遮陽系統也是光電一體化主要考慮的建筑構件之一，建筑遮陽板與太陽能光伏發電兩者的任務恰好有機的統一在一起。遮陽設備提供了合適的傾斜角度，而光電板則是理想的遮陽材料。

　　電子樹是光伏建筑遮陽的一種新的應用。它是以鋼結構模仿樹枝的形態支撐頂棚，而頂棚部分采用太陽能電池板，模擬樹葉在陽光下光影斑駁的效果。

　　4.結語

　　在能源日益緊張的今天，太陽能光伏發電與建筑一體化設計無疑是解決建筑能源問題的一條最佳出路。如果屋頂和立面全部采用光電板，它將足夠產生建筑所需要的能量，建筑不再成為能源的負擔，而是成為能源的資產。

　　參考文獻:

　　[1]高輝，高新技術是建筑節能所必須，21世紀建筑新技術論從，上海，同濟大學出版社，2009，131

　　[2]董毅.基于美觀性的光伏建筑一體化應用研究[J].建筑技術，2010(5)：33-34.