绿色建筑中光伏发电系统的应用研究

吴敏 蒲泽伟 杨原 王守彪

【摘要】发展绿色建筑是当前建筑行业发展的主要趋势，而发展绿色建筑的目的就是节约社会资源，减少对不可再生资源的消耗。光伏发电作为清洁能源的典型代表，正好符合节约型社会的建设要求，因此在绿色建筑中应用光伏发电也是应有之义。文章尝试对绿色建筑及光伏发电系统进行简略概述，然后重点分析光伏发电系统在绿色建筑中的应用，以期为绿色建筑的发展贡献绵力。

【关键词】绿色建筑；光伏发电；应用研究

在世界能源危机、环境污染、生态失衡等问题越来越严峻的今天，大力发展清洁能源是各国能源产业所努力的共同方向。太阳能光伏发电是一种重要的清洁能源方式，不仅干净无污染且储量无限，不必担心消耗过多的问题。而且随着绿色建筑概念的不断普及，越来越多的学者或者建筑设计人员尝试将光伏发电系统与绿色建筑结合起来，从而降低未来城市对不可再生能源的消耗，减少污染，缓解人与自然生态日益紧张的关系。

1、光伏发电系统及其绿色建筑的概述

1.1光伏发电系统概述

光伏发电是一种根据光生伏特效应利用半导体将太阳光转换成电能的发现技术。光伏发电系统包括太阳能电池板、控制器、逆变器、保护装置、自动转换开关（ATS）等结构组成[1]。其中太阳能电池板负责将太阳能转化为电能并具有储存电能的作用；控制器负责对整个系统进行控制，决定太阳能电池板的发电、逆变器运行、开关的自动转换等工作；逆变器负责将电池板或者蓄电池中的直流电转换成交流电；保护装置负责对系统以及家庭低压配电网进行保护，以确保系统的稳定运行。工作原理为：白天，太阳能板会正常发电，控制器更具最大的发电功率调整变换器，从而将电能引入蓄电池，同时，控制器控制逆变器给家用电器供电；晚上，太阳能电板停止发电，主控制器控制逆变器将蓄电池中的电能转换成交流电，给家用电器供电。若蓄电池电量不足或者光伏发电系统出现故障，则控制器会自动将电路切换到正常电网供电线路中。

1.2绿色建筑

绿色建筑是建筑行业提出的一个新概念，其脱离了传统的绿化、屋顶花园等观念，而是指一种能够充分利用各种自然资源维持建筑物正常运行，对环境伤害极小或者对环境无害的建筑模式。因此设计人员在进行绿色建筑的规划设计时应该考虑到节约能源、节约资源、与生态环境融合等理念。具体来说绿色建筑通常包括这几个特点。第一，对传统能源消耗最低。绿色建筑对煤炭、石油、天然气等传统能源的依赖性少，建筑运行所用到的电、暖等都可以通过太阳能等清洁能源转化获得。第二，资源利用率高，资源消耗少。绿色建筑对于土地、水、建材等资源的利用都较少，且对资源的利用率极高。在建设时往往会通过相应的技术手段对土地、水等资源进行合理规划。第三，回归自然。绿色建筑往往追求建筑外观色条与自然环境的统一，且建筑运行并不会产生垃圾，对自然环境的破坏较少。

2、绿色建筑中光伏发电系统的应用研究

光伏发电系统在绿色建筑中的应用可以归结到在外墙上、屋顶上、天窗中以及其他部分的应用。

2.1建筑外墙中的应用

建筑外墙是建筑物与太阳光接触面最大的部分，因此部分绿色建筑利用巨大的接触面积将太阳光转换为电能供建筑物使用。与目前建筑物外墙常见的玻璃幕墙相似，一些设计人员将光伏发电系统的太阳能电板制成玻璃幕墙样式。这样应用到建筑物外墙上既能够起到美观建筑物的作用，而且还能确保对太阳光的收集，在绿色建筑节能减耗方面发挥着重要作用。图1便是典型的光电幕墙。

但是在应用光电幕墙时，应该兼顾建筑室内的采光以及太阳能电板的利用效率[2]。

2.2在屋顶的应用

绿色建筑屋顶与阳光的接触面积虽然比外墙接触面积小，但是在屋顶安装太阳能电池板时不需要考虑角度以及这档问题，极大的方便了施工。但是在屋顶安装光伏发电系统时，设计人员需要考虑到自然灾害对系统运行以及使用寿命的影响。

常见的自然灾害有雨雪、雷电以及大风。对雨雪的预防可以通过调整屋顶倾斜角的方法，降低雨雪堆积的可能性；而对于雷电的防护除了在建筑物设置必要的防雷装置外，还需要采用高强度的材料制作太阳能电池板；对于大风的防护则需要在安装电池板时紧抓安装质量，提高电池板的牢固性。

2.3天窗中的应用

天窗在绿色建筑中主要起到采光以及避免阳光直射某一区域的作用，也就是常说的采光与遮阳。而在天窗中采用光伏发电系统，既可以起到采光遮阳的作用，而且还能进行发电供建筑物使用。在设计天窗中的光伏发电系统时，可以将太阳能电池板设计成井格型，并利用光的折射达到采光目的，提高采光率。同时，为了提高太阳能电池板的发电效率，也要对天窗的倾斜角度进行准确计算。

2.4其他部分的应用

绿色建筑中能应用光伏发电系统的还有很多，例如：将不透明的太阳能电池板作为遮阳板、用太阳能电池板作为遮雨棚，这样不仅能够满足建筑物的功能需求，而且还能利用太阳能发电，极大节约了其他能源的消耗。但是在将太阳能电池板设计为遮雨棚、遮阳板时设计人员要考虑到防撞击、防雷击、防火、防水等问题，确保建筑使用的安全性以及光伏發电系统的安全性。

3、结语

随着经济的快速发展，节约型社会的建设如火如荼，节能减排成为建筑行业需要考虑的重要问题之一。将绿色建筑与光伏发电系统结合起来，能够充分实现绿色建筑对节能、降耗、保护环境的要求。本文通过对光伏发电系统及绿色建筑的概述，对光伏发电系统的原理及绿色建筑的特点有了最基本的了解，然后详细介绍了光伏发电系统在绿色建筑各个部分的应用。这一研究为绿色建筑队光伏发电系统的实际应用提供了理论参考。

参考文献

[1]王健.光伏发电系统在绿色建筑中的应用研究[J].房地产导刊，2015，（29）：211.

[2]周立峰，肖章，宋百姓等.太阳能光伏发电系统在建筑供配电中的应用研究[J].城市建设理论研究（电子版），2015，（20）：10393-10394.