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1、太阳能光伏发电与 建筑一体化应用及分析 何红胜 刘峥嵘 刘汉彪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 能在内的可再生能源。太阳能是目前已知 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。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 产生一空穴对， 称为“光生载流子”， 两 者的电性相反， 电子带负电， 空穴带正
2、 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。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。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 保护、过放电保护的作用。在温差较大 的地方， 控制器还应具备温度补偿的功 能。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
3、流电转化为交流电的必 不可少的设备。逆变器按运行方式， 可 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。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
4、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50%以上。但国产太阳电池约 98%出口， 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 段。2009 年， 我国开始大力推进光伏发 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 建筑示范项目约为 30 万千 W，“ 金太 阳”工程约为 117 万千 W。在这些光伏 发电项目中
5、， 建在城镇建筑物屋顶的光 伏发电项目最为常见。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
6、科技有限公司， 总经理； 研究方向： 光伏建筑一体化。69March 2013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； 应用江苏科技信息新技术探讨的和谐统一， 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。产生的是绿色、清洁能源。光伏
7、 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。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。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
8、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。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
9、 形式。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。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 美。它可以应用在建筑物的屋顶、外墙 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
10、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
11、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
12、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 润总额 434.16 万元。该项目将为我国今 后大力发展光伏、光热、建筑一体化起 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
13、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 ）70March 2013
