太阳能光伏建筑在居民住宅上的应用

崔宸玮 赵艳敏

（聊城大学建筑工程学院 山东聊城 252059）

1 前言

众所周知，建筑的能耗非常巨大（发达国家全国总能耗的1/3以上都要用于建筑），解决建筑的能耗问题迫在眉睫，因此推广太阳能光伏建筑对建筑尤其是居民住宅上具有重要价值。

2 太阳能光伏建筑的定义

太阳能光伏建筑不同于悬挂式的太阳能电池板，它是将太阳能电池等产品集成到建筑上，实现太阳能光伏设备与建筑本身的一体化。

根据太阳能光伏设备与建筑结合的方式不同，太阳能光伏建筑一体化可分为两大类：

第一类是太阳能光伏设备与建筑的结合。这种方式是单纯将太阳能发电设备结合在于建筑物上，以建筑物作为光伏方阵载体。

第二类是太阳能光伏设备与建筑的集成。这种方式是将太阳能光伏设备作为一种建筑材料的形式出现，让光伏方阵成为建筑本身的一部分。

3 太阳能光伏建筑的发展

自从太阳能电池发明。世界各国都在不断尝试太阳能光伏设备与建筑的一体化，也取得了不少成果。而中国也紧跟国外发达国家的步伐，积极吸收相关经验技术，正在逐步发展具有本国特色的太阳能光伏建筑。例如上海虹桥交通枢纽，在建筑外墙和屋顶的位置安装了太阳能发电设备，发电总量可到6.5MW，在为建筑提供了部分能源的同时，也实现了节能减排。北京市大兴区在2003年建成了综合利用新能源的生态建筑示范工程。2004年，当时亚洲最大的太阳能光伏电站在深圳落成，尤其是并网系统成熟，且光伏电站总容量可达1MW，年发电能力约为100万度，也实现了并网光伏发电系统的技术突破。北京南站中，主站的中央采光带也采用了太阳能光伏发电系统，但系统发电量较小，仅能辅助解决车站的用电问题。

4 太阳能光伏建筑的使用在居民住宅中的推广价值

太阳能光伏建筑一体化产生的是清洁能源，使用太阳能发电，不会污染环境。太阳能具有清洁免费易得的优点，开发利用过程中不会产生生态方面的副作用，是名副其实的绿色建筑。其次它又是一种可再生能源，几乎取之不尽，用之不竭。而且太阳能光伏设备对土地资源占用少，一般安装在闲置的屋顶或外墙上，这对于地价昂贵而又对太阳能发电需求大的大城市尤其重要，能大大降低成本。夏天是用电高峰的季节，也正好是日照最强、发电量最多的时期，两者互补，正好对电网可以起到调节作用，减少电网压力。太阳能光伏建筑提供的能量可以用于住宅，尤其是用于公共区域，例如楼梯间和电梯等，无形中也减少了许多安全隐患，便于更好的应对因电力中断引发的紧急情况。而且太阳能光伏建筑对蓄电池几乎无要求（主要还是对电网的辅助调节作用），既节省投资，又不受蓄电池荷电状态的限制，可以充分利用光伏系统所发出的电力，起到建筑节能作用。而且这种设备能将照射在建筑外墙无法利用的太阳能转化为电能，不仅能降低了室外温度，还能减少墙体受热，所以也可以起到建筑节能作用。

5 太阳能光伏设备的有关要求

把光伏器件用做建材，必须具备相应材料所需的建筑性能：承重、保温、隔热、防水防潮等。若是用于玻璃幕墙等透明建筑，则必须满足透光度的要求（例如中国首个彩色透光薄膜组件应用示范项目——天威薄膜光伏建筑一体化项目），就是说既可发电又可采光。除此之外，还要考虑安全性能、外观和施工简便等因素。因此太阳能光伏设备应满足如下要求：

5.1 对蓄电池要求

并网光伏系统，对蓄电池几乎无硬性要求，并且作为公共电网的辅助设备，在确定光伏方阵容量时，不用像独立光伏发电设备一样还需进行严格的计算。一般家庭使用方阵容量为1～5kW光伏设备就足够了。

5.2 对组件要求

与一般的平板式光伏组件不同，（BIPV）组件需要兼具两方面的特性，在满足发电要求的同时，更必须满足建材性能的要求，如：保暖、防水、观赏性等，还应具有足够的强度和刚度，避免施工和运输过程中的人为损坏等。根据建筑工程的需要，已经生产出多种满足建筑外墙、楼顶、玻璃幕墙等性能要求的太阳电池组件。

5.3 对电池要求

在独立光伏系统中，光伏方阵要尽量朝向赤道倾斜安装，与水平面之间的倾角要经过严格的计算，以达到光伏方阵发电量的极大性和均衡性。而在并网光伏系统中，只要考虑光伏方阵输出的最大量即可。然而在实际应用中，为了满足设计师对于建筑物外形的需要，方阵可能无法满足角度要求，这就需要光伏和建筑设计师共同协商解决。

5.4 逆变的要求

太阳电池方阵所发出的是低压直流电，而电网中电压为交流电220V，而且对于电能质量如有严格的要求。为了保证电网、光伏设备设备和避免人员伤亡，还必须配备并网检测保护装置。

6 太阳能光伏建筑的面临的主要问题及可能的解决办法

虽然太阳能光伏建筑一体化有高效、经济、清洁等诸多优点，并已在许多工程上得以运用，但光伏建筑还未应用于居民住宅，成片使用该技术的居民社区并未出现。这是由于太阳能光伏建筑一体化存有几大问题

6.1 造价较高

太阳能光伏建筑一体化建筑物造价较高。而且一体化设计建造的带有光伏发电系统的建筑物造在技术上还有许多未解决的问题。

6.2 成本高

太阳能发电的成本相比于传统发电高，比起传统发电方式成本高出一倍还多。

6.3 不稳定

太阳能光伏发电不稳定，受天气影响大，有波动性。这是由于阳光并不是一天24小时照射，因此如何解决太阳能光伏发电的不稳定性也是亟待解决的问题。

6.4 维护问题

由于是安装在居民住宅，难以避免一些人为破坏，而且与公共建筑和太阳能发电站不同，由于分布较分散且涉及个人隐私问题，派专人看护也有一定难度。

6.5 其他

现在出现的薄膜式、可粘贴式太阳能电池又存在发电量小，电压低，寿命短，无法接入电网等，在居民建筑中战略价值较小。

7 结束语

太阳能光伏建筑的在建筑尤其是居民住宅上的应用有着较高的推广价值，对进一步建设生态社会也有着巨大的战略价值。而且在经过论证后确实具有一定可行性，可以预见，今后随着技术问题的解决，太阳能光伏建筑会越来越普及，具有非常广阔的前景。

[1]《太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程》（DGJ32J8720091）.

[2]王斯成.我国光伏发电有关问题研究.中国能源，2007（2）：7～11.